电磁场与电磁波课件第2章.ppt

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1、2.4.2磁介质的磁化磁场强度1.磁介质的磁化电子围绕原子核旋转形成一个闭合的环形电流，这种环形电流相当于一个磁偶极子。电子及原子核本身自旋也相当于形成磁偶极子。媒质合成场Ba+Bs磁化二次场Bs外加场Ba当外加磁场时，在磁场力的作用下，这些带电粒子的运动方向发生变化，甚至产生新的电流，导致各个磁矩重新排列，宏观的合成磁矩不再为零，这种现象称为磁化。由于热运动的结果，这些磁偶极子的排列方向杂乱无章，合成磁矩为零，对外不显示磁性。与极化现象不同，磁化结果使媒质中的合成磁场可能减弱或增强，而介质极化总是导致合成电场减弱。根据磁化过程，媒质的磁性能分为抗磁性、顺磁性、铁磁性及亚铁磁性等

2、。抗磁性。电子产生的附加磁矩方向总是与外加磁场的方向相反，导致媒质中合成磁场减弱。因此，这种磁性能称为抗磁性，如银、铜、铋、锌、铅及汞等。顺磁性。在外加磁场的作用下，磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动。因此，合成磁场增强，这种磁性能称为顺磁性。如铝、锡、镁、钨、铂及钯等。铁磁性。内部存在“磁畴”，每个“磁畴”中磁矩方向相同，但是各个“磁畴”的磁矩方向杂乱无章，对外不显示磁性。在外磁场作用下，各个“磁畴”方向趋向一致，且畴界面积还会扩大，因而产生很强的磁性。例如铁、钴、镍等。这种铁磁性媒质的磁性还存在剩磁现象。亚铁磁性。是一种金属氧化物，磁化现象比铁磁媒质稍弱一些，但剩磁小，且

3、电导率很低，这类媒质称为亚铁磁性媒质。例如铁氧体等。由于其电导率很低，高频电磁波可以进入内部，产生一些可贵的特性，使得铁氧体在微波器件中获得广泛的应用。磁化结果产生了磁矩。为了衡量磁化程度，我们定义单位体积中磁矩的矢量和称为磁化强度，以M表示，即式中为中第i个磁偶极子具有的磁矩。为物理无限小体积。磁化后，媒质中形成新的电流，这种电流称为磁化电流。形成磁化电流的电子仍然被束缚在原子或分子周围，所以磁化电流又称为束缚电流。磁化电流密度以JM表示。磁化媒质内部的磁场相当于传导电流I及磁化电流I在真空中产生的合成磁场。这样，磁化媒质中磁感应强度B沿任一闭合曲线的环量为考虑到，求得令则式

4、中H称为磁场强度，其单位是A/m。上式称为磁介质中安培环路定律。它表明磁介质中的磁场强度沿任一闭合曲线的环量等于闭合曲线包围的传导电流。2.磁场强度和磁介质中的安培环路定理利用斯托克斯定理，由上式求得该式称为媒质中安培环路定律的微分形式。它表明媒质中某点磁场强度的旋度等于该点传导电流密度。磁化电流并不影响磁场线处处闭合的特性，媒质中磁感应强度通过任一闭合面的通量仍为零，因而磁感应强度的散度仍然处处为零，即磁场强度仅与传导电流有关，简化了媒质中磁场强度的计算，正如使用电位移矢量可以简化介质中静电场的计算一样。对于大多数媒质，磁化强度M与磁场强度H成正比，即式中比例常数m称为磁化率

5、。磁化率可以是正或负实数。考虑到，则由上式求得令则式中称为磁导率。相对磁导率r定义为3.磁介质的本构关系但是，无论抗磁性或者顺磁性媒质，其磁化现象均很微弱，因此，可以认为它们的相对磁导率基本上等于1。铁磁性媒质的磁化现象非常显著，其磁导率可以达到很高的数值。抗磁性媒质磁化后使磁场减弱，因此顺磁性媒质磁化后使磁场增强，因此媒质媒质媒质金0.9996铝1.000021镍250银0.9998镁1.000012铁4000铜0.9999钛1.000180磁性合金105与介质的电性能一样，媒质的磁性能也有均匀与非均匀，线性与非线性、各向同性与各向异性等特点。若媒质的磁导率不随空间变化，则

6、称为均匀媒质，反之，则称为非均匀媒质。若磁导率与外加磁场强度的大小及方向均无关，磁感应强度与磁场强度成正比，则称为各向同性的线性媒质。否则，称为各向异性的媒质。对于某些恒定磁场，根据安培环路定律计算磁场强度（磁感应强度）将十分简便。为此，必须找到一条封闭曲线，曲线上各点的磁场强度（磁感应强度）大小相等，且方向与曲线的切线方向一致，上式的矢量积分变为标量积分，且H可以由积分号移出，那么即可求出H值。利用安培环路定律计算恒定磁场的条件：H(B)只有切线分量H(B)的切线分量处处相等例1计算无限长的，电流为I的线电流产生的磁感应强度。rozyxdlIr′r-r′e解取圆柱坐标系，如

7、图示。令z轴沿电流方向。的方向为B的方向。那么，由图可见，这个叉积方向为圆柱坐标中的e方向。因此，磁感应强度B的方向为e方向，即此式表明，磁场线是以z轴为圆心的一系列的同心圆。显然，此时磁场分布以z轴对称，且与无关。又因线电流为无限长，因此，场量一定与变量z无关，所以，以线电流为圆心的磁场线上各点磁感应强度相等。因此，沿半径为r的磁场线上磁感应强度的环量为根据安培环路定律，求得磁感应强度的大小为rozyxdlIr′r-r′e例2一个无限长电流，半径为a，电流密度为(r≤