静磁场中磁介质电磁学.ppt

第六章 静磁场中的磁介质 §6.1 磁介质的磁化与磁化强度 §6.2 磁介质中静磁场的基本定理 §6.3 磁介质的磁化规律 §6.4 边值关系与唯一性定理 §6.5 磁路定理及其应用 §6.6 磁荷法 §6.1 磁介质的磁化与磁化强度 §6.1.1磁介质的磁化强度 §6.1.2磁化电流与磁化电流磁场 §6.1.1磁介质的磁化强度 磁化：使物质具有磁性的物理过程。 物体处于外磁场中，其分子磁矩在外磁场力矩作用下将出现一定程度的转向规则排列，使物体对外显示出一定的磁性，同时物体上出现宏观的磁化电流。 磁化物质出现的磁化电流同传导电流一样也会产生磁场B’’，它和原传导电流磁场B0叠加构成有物质存在时的空间磁场B=B0＋B’’，磁化后的物质将影响和改变原磁场。 磁介质：一切能磁化的物质。 磁化强度矢量M－磁化的物理描述 定义：单位体积内所有分子磁矩的矢量和。 单位：A/m 性质： 非磁化状态下，分子固有磁矩为0，或由于分子磁矩的取向无规则分布，统计平均为0。 M反映介质单位体积的宏观磁矩，其值越大，与外磁场的相互作用越强，相应物质的磁性越强。 △V 的尺度远大于分子间平均距离而远小于M的非均匀尺度，上述统计平均才有意义。 §6.1.2 磁化电流与磁化电流磁场 磁化电流：磁化状态下，由于分子电流的有序排列，磁介质中出现的宏观电流。 传导电流：伴随电荷的宏观位移的电流。 与传导电流相比： （1）在激发磁场和受磁场作用方面完全等效。 （2）磁化电流无宏观移动，无焦耳效应，不必处在导体中，因此又称为束缚电流。 与M关系： 即M在一闭合回路的环路积分等于该闭合回路中穿过的磁化电流之和。 对任何闭合曲线都成立，由斯托克斯公式， 可得 即磁化介质内r处的磁化电流密度等于该处磁化强度的旋量。 对均匀磁化介质，M为常量，故 ，即磁化电流只出现在非均匀磁化介质内部和介质界面上。对均匀磁化的磁介质，其外表面上一般也存在面磁化电流。 均匀磁化介质表面上的磁化面电流分布 磁化面电流密度等于介质磁化强度与介质表面法线方向单位矢量的矢积。 例：均匀磁化细长磁棒的磁化电流产生的磁场分布。 §6.2 磁介质中静磁场的基本定理 在有磁介质存在时的磁场是传导电流产生的外磁场和磁化电流产生的附加磁场的矢量叠加B=B0＋B ’ ， B0、B ’都由毕奥-萨伐尔定律确定，磁介质的全部作用在于提供磁化电流作为附加场源。因而它们均遵守真空中的磁场高斯定理和安培环路定理。 因此总的磁场满足真空中静磁场的高斯定理和安培环路定理。 §6.2 有磁介质存在的静磁场的基本性质 高斯定理： 安培环路定理： 只要知道I0和I‘的分布，原则上就可以确定磁介质内、外的静磁场。 磁场强度H 为使安培环路定理简化，不出现磁化电流，引入物理量－磁场强度H 单位：奥斯特1Oe=103/4? A/m 则有介质存在时磁场的安培环路定理 即磁场强度沿磁场中任一闭合回路L的环量，等于通过L所围面积的传导电流的代数和，与磁化电流无关。 有介质存在时磁场的安培环路定理的微分形式 上式对磁场中任何闭合回路所围面积都成立，故有 §6.3 磁介质的磁化规律 不同的磁介质的磁化情况不同，即M与H(或B)有一定的关系，这种关系可由实验来测定，称之为磁介质的磁化规律。 磁介质M－H关系测量装置：将待测磁介质材料制成细圆环，在环上均匀密绕上导线，构成被介质充满的密绕螺绕环，通过对传导电流的测量，分别计算出磁介质中的H和B，最后确定磁介质的磁化强度M。 2、弱磁性磁介质的磁化规律 非铁磁性各向同性磁介质 M和H之间满足线性关系： 磁介质性能方程： 其中χm为磁化率或磁化系数， μ=χm＋1称为介质的相对磁导率。 该类磁介质可分为三类： 真空：M=0， 顺磁介质： 抗磁介质： 2、非铁磁性各向异性磁介质，M和H之间满足线性关系： 其中χm和μ均为对称二阶张量 3、铁磁性磁介质的磁化规律 χm很大， M和H之间关系同磁化历史有关。 类似于铁电体的电滞回线，铁磁质有磁滞回线。 3、介质磁化的微观机制经典解释 分子固有磁矩：分子内全部电子磁矩矢量和，其中电子磁矩包括轨道磁矩和自旋磁矩。 顺磁效应：若分子固有磁矩不为0，无外磁场时，分子热运动使各分子的磁矩取向不同，宏观磁矩为0。有外磁场时，分子受磁力矩作用有顺着外场排列的趋势，产生与外场方向一致的磁化强度。 抗磁效应：无外磁场时，分子固有磁矩为0。在外磁场作用下，分子中每个电子的轨道运动受影响，而引起附加轨道磁矩；它总与外场反向，产生与外场方向相反的磁化强度。 铁磁效应：主要来源于电子的自旋磁矩。无外磁场时，铁磁质中电子自旋磁矩小范围内自发排列形成自发