電磁學(xué)-第7章磁介質(zhì)

第七章磁介質(zhì)

§1磁介質(zhì)存在時(shí)靜磁場的基本規(guī)律§2順磁性與抗磁性§3鐵磁性與鐵磁質(zhì)§4磁路及其計(jì)算§5磁場的能量和能量密度§1磁介質(zhì)存在時(shí)靜磁場的基本規(guī)律(2)解釋現(xiàn)象

(1)分子電流觀點(diǎn)2.用分子電流觀點(diǎn)解釋磁化現(xiàn)象1.磁化現(xiàn)象一、磁介質(zhì)的磁化磁化強(qiáng)度在磁場的作用下能發(fā)生變化并能夠影響磁場的物質(zhì)叫磁介質(zhì)，磁介質(zhì)在磁場的作用下能發(fā)生變化稱為磁化。

設(shè)螺線管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)，發(fā)生均勻磁化，磁介質(zhì)內(nèi)部分子電流的效應(yīng)相互抵消，磁介質(zhì)表面相當(dāng)于有一層面電流通過，這是因?yàn)榇呕霈F(xiàn)的宏觀電流，叫做磁化電流。

除磁化電流之外的電流叫做傳導(dǎo)電流。

3.磁化的描述其單位為：

常用：其中n——單位體積內(nèi)的磁分子數(shù)。

[討論]單位體積內(nèi)磁分子的分子磁矩之矢量和，即定義為：

二、磁化電流

①磁介質(zhì)體內(nèi)

因此，穿過S面的總磁化電流為[注]根據(jù)斯托克斯公式:

②兩磁介質(zhì)分界面處磁化面電流分布磁介質(zhì)1磁介質(zhì)2圖7-2

磁化面電流密度（單位長度上的電流）：

θ1θ2

磁化面電流示例：

θθ

Z圖7-3

ⅱ）均勻磁化長條形棒（如：圓柱形）X圖7-4

介質(zhì)內(nèi)總磁場：1.高斯定理2.安培環(huán)路定理由第五章知：介質(zhì)內(nèi)總磁場滿足：即

得磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理(1)介質(zhì)內(nèi)的總場決定磁化狀態(tài)。

說明：

四、介質(zhì)的磁化率與磁導(dǎo)率

解：環(huán)內(nèi)取一點(diǎn)，作與環(huán)同心的圓周環(huán)路，由安培環(huán)路定理得對(duì)環(huán)外取一點(diǎn)作類似環(huán)路，可得到環(huán)外的點(diǎn)有

r每匝的自感磁通：整個(gè)螺繞環(huán)的自感磁鏈：自感：

空心螺繞環(huán)的自感：

五、靜磁場與靜電場方程的對(duì)比靜磁場靜電場作業(yè)P320：7.1.2、7.1.4、7.1.7§2順磁性與抗磁性一、順磁性各種磁介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全相同，按磁性可將介質(zhì)分為二類:第一類分子，各電子磁矩不完全抵消，整個(gè)分子存在固有磁矩。第二類分子中，各電子磁矩互相抵消，分子的固有磁矩為零。

圖7-5

υ

r

e

i

二、抗磁性

抗磁性起因于電子軌道運(yùn)動(dòng)在外磁場作用下的變化。經(jīng)典物理解釋：

抗磁性存在于一切磁介質(zhì)中，只是如果順磁性超過抗磁性就成為順磁質(zhì)。順磁性弱于抗磁性則是抗磁質(zhì)?！?鐵磁性與鐵磁質(zhì)一、鐵磁質(zhì)的磁化性能

研究鐵磁質(zhì)磁化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：

其中I0由電流表測出，n已知，則可知H

；而R、ε決定I0，故改變R、ε即可改變H（包括改變電源的極性連接）。

R

K原副GN1N2I0ε圖7-8

測得磁通，再由已知副線圈匝數(shù)、截面積，便可得B。測各對(duì)應(yīng)的B，描點(diǎn)作圖即可研究樣品鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律。

開始應(yīng)使樣品處于未磁化狀態(tài)：因磁化與歷史有關(guān)，為方便研究，要求在研究前應(yīng)除去已有磁性，方法為:

2.起始磁化曲線

起始磁化曲線：

B

OA非線性

線性區(qū)

SCHSH圖7-9

如圖7-10(a)所示。

MOACBSHMS圖7-10(a)

[注]3.磁滯回線QˊSˊCHCOB

R

BR

B1ˊB1

H1S

HS退磁段反向磁化正向磁化圖7-11

此曲線為磁化一周的情況，閉合曲線被稱為磁滯回線。

(1)“磁滯”的含義指：

[說明]S＇

這種“跟不上”并非時(shí)間上滯后，是非線性、非單值所致。

(2)上述回線為對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)S和S‘之最大磁滯回線，當(dāng)H達(dá)不到Hs而即減小時(shí)，回線也小（如下圖）。圖7-12綜上可見：鐵磁質(zhì)M、B與H的的關(guān)系不但非線性，而且非單值。M、B的數(shù)值除了與數(shù)值H有關(guān)外，還決定于該介質(zhì)的磁化歷史。鐵芯在交變磁場中有能量損耗——鐵損。鐵損包括兩個(gè)方面：4.磁滯損耗5.對(duì)鐵磁質(zhì)適應(yīng)和不適應(yīng)的結(jié)論P(yáng)300表7-1.磁性主要來源與電子自旋磁矩。二、鐵磁質(zhì)分類及微觀結(jié)構(gòu)簡介1.分類按矯頑力Hc

的大小劃分：

2.微觀結(jié)構(gòu)作業(yè)：P321：7.3.1跨過兩磁介質(zhì)的分界面，將磁場方程用于界面可得到兩側(cè)磁場量之間的關(guān)系，即磁場方程的邊界形式——邊界條件。

2

1

Δh(Δh→0)

ΔS2=ΔS

ΔS1=—ΔS

§4邊界條件磁路及其計(jì)算一、磁介質(zhì)的邊界條件

也可寫成

2

1

H2t

H1t

Δh(→0)

21μ2μ1

θ1θ2

，或

21

鐵磁質(zhì)圖7-17

(2)沿磁路選取積分回路-----串聯(lián)回路為例二、磁路定理1.磁路2.磁路定理（場論——路論）(1)基礎(chǔ)串聯(lián)磁通相等其中各段的磁通相同。定義：

磁動(dòng)勢(shì)——

磁阻——磁勢(shì)降——所以

并聯(lián)、串聯(lián)規(guī)律同于電學(xué)相應(yīng)規(guī)律，只需作如下對(duì)換：

磁電

類似問題，如回路磁勢(shì)定律、節(jié)點(diǎn)磁通定律等。

3討論

解：磁路的總磁阻為磁路的磁動(dòng)勢(shì)線圈應(yīng)通的電流

解：以Rm1和Rm2分別代表鐵心及氣隙的磁阻，開氣隙后鐵心長度變化很小，Rm1=Rm=105H-1,磁動(dòng)勢(shì)總磁阻所以線圈電流應(yīng)增為(1)電能定域于電場中，；

出發(fā)點(diǎn)：自感線圈儲(chǔ)能

(1)考慮到方向，有磁能密度公式：；

(2)表明能量分布于磁場中；