有磁介質(zhì)的安培環(huán)路定律(大學(xué)物理下)

1、定義定義: 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度1mAVpMm四、四、磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度Is沿軸線單位長(zhǎng)度上的磁化電流（磁化面電流密度）沿軸線單位長(zhǎng)度上的磁化電流（磁化面電流密度）ssmsmIlSlSIVpMlSIpsI 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 M 在量值上等于磁化面電流密度。在量值上等于磁化面電流密度。lI Is sSI Is s取如圖所示的積分環(huán)路取如圖所示的積分環(huán)路badcb:baIbaMl dMsl 磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路L的線積分，等于穿過(guò)以的線積分，等于穿過(guò)以L為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和。為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和。五、五、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理1、磁化強(qiáng)度

2、與磁化電流的關(guān)系、磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系abcdMsI取如圖所示的積分環(huán)路取如圖所示的積分環(huán)路badcb:LLsbaIIl dB)(0l dMIl dBLLL00LLIldMB)(0baIldMsLsIabcdMIMBH 0 定義定義磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 LLIl dH0 在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。單位單位：安培：安培/米米(A/m)六、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系六、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系

3、HMMBH 0 HB 介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁化率HB0HB)1 (0r r0電介質(zhì)中的電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 SiSqqSdE)(01 LsLLIIl dB00 LLIl dHqSdDSHHBr 0r 稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率EEDr 0 稱(chēng)為相對(duì)電容率稱(chēng)為相對(duì)電容率或相對(duì)介電常量或相對(duì)介電常量r 課堂練習(xí)課堂練習(xí)：同軸的兩筒狀導(dǎo)線通有等值反向的電流：同軸的兩筒狀導(dǎo)線通有等值反向的電流I,兩圓筒間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為兩圓筒間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為 r的磁介質(zhì)的磁介質(zhì)，求求 的分布。的分布。B1RrII2R rIrRrIII

4、例例1 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為r的磁介的磁介質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長(zhǎng)度上的質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長(zhǎng)度上的導(dǎo)線匝數(shù)為導(dǎo)線匝數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度求：環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI HHBr 0 rO解：解：例例2 一無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體，通有電流一無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體，通有電流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的相對(duì)磁導(dǎo)率均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的相對(duì)磁導(dǎo)率r，柱外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感柱外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度。應(yīng)強(qiáng)度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 I IRr22 22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 連續(xù)連續(xù), B 不連續(xù)不連續(xù)Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 20例例3、長(zhǎng)直同軸電纜由兩同心導(dǎo)體組成，內(nèi)層是半徑、長(zhǎng)直同軸電纜由兩同心導(dǎo)體組成，內(nèi)層是半徑為為R1的導(dǎo)體圓柱，相對(duì)磁導(dǎo)率為的導(dǎo)體圓柱，相對(duì)磁導(dǎo)率為 r1，外層是半徑分，外層是半徑分別為別為R2、R3的導(dǎo)體圓筒，相對(duì)磁導(dǎo)率也為的導(dǎo)體圓筒，相對(duì)磁導(dǎo)率也為 r1，兩導(dǎo)，兩導(dǎo)體內(nèi)的電流等值反向，電流強(qiáng)度為體內(nèi)的電流等值反向，電流強(qiáng)度為I，

6、兩導(dǎo)體間充滿，兩導(dǎo)體間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為相對(duì)磁導(dǎo)率為 r2的磁介質(zhì)，求各個(gè)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)的磁介質(zhì)，求各個(gè)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度度B。R1R2R3對(duì)于均勻磁介質(zhì)而言，對(duì)于均勻磁介質(zhì)而言，0BBr0六、六、 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)400 600 800 1 000H/(Am-1)1510 5B/10-4TB=f (H)順磁質(zhì)的順磁質(zhì)的B-H曲線曲線01、磁化曲線磁化曲線裝置裝置：環(huán)形螺繞環(huán)環(huán)形螺繞環(huán); 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及及稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化RNIH 2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量B,如用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量如用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量或用小線圈在縫口處測(cè)量；或用小線圈在縫口處測(cè)量

7、；Hr HBor 由由 得出得出 曲線曲線鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的 不一定是個(gè)常數(shù)，不一定是個(gè)常數(shù)，它是它是 的函數(shù)的函數(shù)Hr 六、六、 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)原理原理: 勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 I; 用安培定理得用安培定理得HRIIHr HBHr,B 初始磁初始磁化曲線化曲線a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB .SH 矯頑力矯頑力CH 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁滯回線磁滯回線剩剩 磁磁rB2、磁滯回線磁滯回線HBcHcH rBSBB的變化落后于的變化落后于H，從而具有剩磁，從而具有剩磁，即即磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)。每個(gè)。每個(gè)H對(duì)應(yīng)不同的對(duì)應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。與磁化的歷史有關(guān)。磁滯回線磁滯回線-不可

8、逆過(guò)程不可逆過(guò)程在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的磁滯損耗磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。與磁滯回線所包圍的面積成正比。鐵磁體于鐵電體類(lèi)似；在交變場(chǎng)的作用下，它的形狀鐵磁體于鐵電體類(lèi)似；在交變場(chǎng)的作用下，它的形狀會(huì)隨之變化，稱(chēng)為會(huì)隨之變化，稱(chēng)為磁致伸縮磁致伸縮（10-5數(shù)量級(jí)）它可用做數(shù)量級(jí)）它可用做換能器，在超聲及檢測(cè)技術(shù)中大有作為。換能器，在超聲及檢測(cè)技術(shù)中大有作為。3 3、磁、磁 疇疇 根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的在很強(qiáng)的“交換耦合作用交換耦合作用”，使得在無(wú)外磁場(chǎng)作用，使得在

9、無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。 這些區(qū)域稱(chēng)為這些區(qū)域稱(chēng)為“磁疇磁疇”多晶磁疇結(jié)構(gòu)多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形純鐵純鐵硅鐵硅鐵鈷鈷三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇Si-Fe單晶單晶( (001) )面的面的磁疇結(jié)構(gòu)磁疇結(jié)構(gòu)箭頭表示箭頭表示磁化方向磁化方向臨界溫度臨界溫度(鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)居里點(diǎn)) 每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系

10、列特殊狀態(tài)全部消失，導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判?。而變?yōu)轫槾判?。不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為鎳為 630K 用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。3. 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。鐵磁質(zhì)的特性鐵磁質(zhì)的特性2. 有很大的磁導(dǎo)率。有很大的磁導(dǎo)率。 放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)102 104倍。倍。4.溫度超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。溫度

11、超過(guò)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。1. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線 圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。4、鐵磁質(zhì)的分類(lèi)及其應(yīng)用、鐵磁質(zhì)的分類(lèi)及其應(yīng)用軟磁材料作變壓器的。軟磁材料作變壓器的。純鐵，硅鋼坡莫合金純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。，鐵氧體等。 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，損耗?。〒p耗?。℉dB面積小）。面積小）。還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。磁芯、磁棒。HBcH cH(1)軟磁材料軟磁材料(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁鐵作永久磁鐵鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)矩磁材料矩磁材料作存儲(chǔ)元件作存儲(chǔ)元件Br=BS ，Hc不大，磁滯回線是矩形。不大，磁滯回線是矩