福州大学物理系 电磁学 磁介质.ppt

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1、磁介质(分子电流和磁核两种观点本章只讨论分子电流研究方法与电介质类似）磁场磁介质磁化后果影响外场。当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生一种所谓的“磁化”现象，介质中出现附加磁场。我们把这种在磁场作用下磁性发生变化的介质称为“磁介质”。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而改变原来空间磁场的分布。把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为“分子电流”。分子电流的磁矩称为“分子磁矩”表示为。+--+各电子磁矩+-分子磁矩磁化场；对应电流为励磁电

2、流磁化电流介质对磁场作用的响应——产生磁化电流磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。它也能产生磁场，满足毕奥-萨伐尔定律，可以产生附加场B’附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵销，形成磁化电流磁化电流与传导电流传导电流载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律磁化电流磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果相同之处：同样可以产生磁场，

3、遵从电流产生磁场规律不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应磁化的描绘磁化强度矢量M为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度），引入磁化强度矢量M的概念磁化后在介质内部任取一宏观体元，体元内的分子磁矩的矢量和m分子0磁化程度越高，矢量和的值也越大M:单位体积内分子磁矩的矢量和磁化的后果三者从不同角度定量地描绘同一物理现象——磁化，之间必有联系，这些关系——磁介质磁化遵循的规律磁化强度矢量M与磁化电流I’关系磁化强度矢量M沿任意闭

4、合回路L的积分等于通过以L为周界的曲面S的磁化电流的代数和，即通过以L为界S面内全部分子电流的代数和把每一个宏观体积内的分子看成是完全一样的电流环即用平均分子磁矩代替每一个分子的真实磁矩设单位体积内的分子环流数为n，则单位体积内分子磁矩总和为设想在磁介质中划出任意宏观面S来考察：令其周界线为L，则介质中的分子环流分为三类不与S相交——A整个为S所切割，即分子电流与S相交两次——B被L穿过的分子电流，即与S相交一次——CA与B对S面总电流无贡献，只有C有贡献在L上取一线元,以dl为轴线，a为底，作一圆

5、柱体体积为V=adlcos，凡是中心处在V内的分子环流都为dl所穿过，V内共有分子数沿闭合回路L积分得普遍关系通过以L为界S面内全部分子电流的代数和积分形式N个分子总贡献上式反应磁介质中磁化电流与磁化强度之间联系的普遍公式M与介质表面磁化电流的关系证明在介质表面取闭合回路穿过回路的磁化电流面磁化电流密度bc、da<

6、求出磁化电流与有限长密绕螺线管类比可以用计算载流螺线管内磁场的公式计算所以轴线中点附加场同方向讨论无限长磁介质圆柱体l,d有限，中点薄磁介质圆片l/d0如果已知外磁场为B0,则中点的总磁场应为外磁场与附加场的矢量和有磁介质时的磁场性质传导电流产生+磁化电流产生+总磁场B遵从的规律用上述公式计算磁场遇到麻烦磁化电流和B互相牵扯，难于测量和控制，通常也是未知的B-S定律和安培环路定理以已知电流分布为前提解决的办法——需要补充或附加有关磁介质磁化性质的已知条件有介质时，第二章中给出的安培环路定理可理

7、解为总场两边同除以0，再移项传导电流定义：磁场强度有磁介质时的安培环路定理磁场强度H沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以闭合环路为周界的任意曲面的传导电流强度的代数和。磁场强度：H是一个辅助矢量单位为安培每米，用A/m表示问题已知I0——可能求H，但因为M未知——依旧无法求B需要描绘磁介质磁化性质的物理量，并补充H和B的关系H和M的关系对于各向同性线性磁介质，H、M的关系为磁化率相对磁导率B和M的关系为各向同性线性磁介质M和B同向，顺磁质M和B反向，抗磁质真空中，M=0无磁化现象磁化率m对于各向同

8、性线性介质来讲m是一个没有量纲的标量均匀介质m是常数非均匀介质m是介质中各点坐标的函数，甚至于是时间的函数对各向异性磁介质m会因为方位不同而不同，是二阶张量如铁磁质M与H不成正比关系，甚至也不是单值关系当M与H为非线性单值关系时，虽然仍可用上述关系式来定义,但它们都不是恒量，而是H的函数，且m>>1，其数量级为102～106以上当M与H无单值关系时，不再引用m、的概念了地位和作用类似于e例：长直螺线管半径为R，通有电流I，线圈密度为n,管内插有半径为r