大学物理电磁学部分磁介质的磁化和介质中的安培环路定理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁介质磁化 磁介质中高斯定理和安培环路定理,(第九章第14节),1,1/21,磁场中放入磁介质,磁介质发生磁化,出现磁化电流,一、磁介质磁化现象,磁介质分类,凡是能与磁场发生相互作用物质叫磁介质。,在各向同性均匀介质中：,磁介质内部总场强,介质中磁感应强度是真空中,r,倍。,顺磁介质：,抗磁介质:,铁磁介质:,即,称为相对磁导率。,产生附加磁场,2,2/21,整个分子磁矩是其中各个电子,轨道磁矩,和,自旋磁矩,以及,核自旋磁矩,矢量和（核自旋磁矩常可忽略）,顺磁质：,由含有固有磁矩分子组成。分子中各电子磁矩不完全抵消，整个分子含有一定固有磁矩。,抗磁质：,分子中各电子磁矩完全抵消，整个分子不含有固有磁矩。,1.顺磁质磁化机制,磁介质是由大量分子或原子组成，无外场时，顺磁质分子磁矩排列杂乱无章，介质内分子磁矩矢量和 。,2.磁介质磁化机制,类似电介质讨论，从物质电结构来说明磁性起源。,N,S,相当于一,磁偶极子,3,3/21,有外磁场,时，这些分子固有磁矩就要受到磁场力矩作用，,等效,I,s,从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向,未被抵消分子电流沿着柱面流动,。,分子电流可等效成磁介质表面磁化电流,I,s,，,I,s,产生附加磁场。,分子磁矩矢量和:,力矩方向力图使,分子磁矩方向沿外场转向。各分子磁矩都在一定程度上沿外磁场方向排列起来.,4,4/21,加外磁场后，电子受向心力为核力和洛仑兹力叠加，,i,e,i,产生反向电子附加磁矩,2.抗磁质磁化机制,磁化电流,Is,可产生附加磁场，但无热效应，因为无宏观电荷移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，所以，磁化电流也称为束缚电流。,反抗磁介质来说，无外磁场时，各电子磁矩矢量和为 0，分子磁矩 ,分子不显磁性。,5,5/21,总而言之：,不论电子轨道磁矩方向怎样，附加磁场总与外场反向，,e,i,i,产生反向电子附加磁矩,同理，分子电流可等效成磁介质表面磁化电流,I,s,，,I,s,产生附加磁场。,I,s,等效,e,i,6,6/21,.对于顺磁介质分子磁矩电子附加磁矩，顺磁效应 抗磁效应 ；,.,抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。,.抗磁性是一切磁介质固有特征，它不但存在于抗磁介质中，也存在于顺磁介质中；,明确几点：,7,7/21,1,.定义：,单位体积内分子磁矩矢量和。,单位：,安/米，,A/m,方向：,与分子磁矩矢量和同向。,表征物质宏观磁性或介质磁化程度物理量。,注意：,因为,它与介质特征、温度与统计规律相关。,是第i个分子磁矩；,宏观无限小微观无限大；,.真空中 。,.无外磁场,B,o,时，介质中 。,顺磁质 与 同向，,所以 与 同方向,抗磁质 与 反向，,所以 与 反方向,其中：,二、磁化强度,8,8/21,2,.磁化强度与磁化电流,I,s,关系,定义：,沿磁介质轴线方向上单位长度磁化电流称为,磁化电流密度,j,s,。,结论,1,：,磁化强度大小数值上等于磁化电流密度。,普遍情况下能够证实：,束缚电流线密度大小等于磁化强度切向分量。,电介质有,束缚电荷面密度大小等于电极化强度法向分量。,在 外磁场,作用下，介质中分子电流可等效成介质表面磁化电流,I,s,，,它产生附加磁场，但无热效应。,微分关系,9,9/21,磁化强度沿任一回路环流，等于穿过此回路束缚电流 I,S,代数和。,I,S,与,L,围绕方向成右旋者为正，反之为负。,物理意义,与电介质中对比公式,结论,2,：,磁化强度沿闭合路径线积分，等于环路内磁化电流代数和。,束缚面电流,磁化强度,电极化强度,束缚电荷,积分关系,10,10/21,三、磁介质中高斯定理,磁介质放在磁场中，磁介质受到磁场作用要产生磁化电流，磁化电流又产生附加磁场。,任一点总磁强为：,磁力线无头无尾。穿过任何一个闭合曲面磁通量为零。,四、磁介质中安培环路定理,因为束缚电流和磁介质磁化程度相关，而磁化程度又决定于总磁场，所以磁介质和磁场相互影响展现一个比较复杂关系。,1.问题提出,11,11/21,能够象研究电介质与电场相互影响一样，经过引入适当物理量加以简化。,在真空中安培环路定理中：,将其应用在磁介质中时，,I,为全部电流代数和；,2.磁介质中安培环路定理,束缚电流,传导电流,有磁介质总磁场,定义：,磁场强度,12,12/21,定义：,磁场强度,物理意义：,磁场强度沿闭合路径线积分，等于环路所包围传导电流代数和。,环流仅与传导电流,I,相关,与介质无关。(当,I,相同时，尽管介质不一样，,在同一点上也不相同，然而环流却相同。所以能够用它求场量 ，就象求 那样。,.,是一辅助物理量，描述磁场基本物理量依然是 。,是为消除磁化电流影响而引入，,3.明确几点：,和 名字张冠李戴了。,磁介质中环路定理,13,13/21,.,既与磁感应强度,相关，又与磁化强度,相关，所以 又是混合物理量。,.磁场强度单位与磁化强度相同，,安培/米，,A/m,.若 ，,不一定环路内无电流。,.若 ，,因为,是环路内、外电流共同产生。,不一定环路上各点,为 0，,在各向同性均匀磁介质（非铁磁介质）中，磁化强度与磁场强度含有线性关系：,为磁化率。,由 ，,有：,14,14/21,介质中磁感应强度是真空中,r,倍。,顺磁介质：,抗磁介质:,铁磁介质:,在真空中,即,在各向同性介质中,关系：,相对磁导率。,为磁导率,电介质中,15,15/21,电介质中高斯定理,磁介质中安培环路定理,16,16/21,称为相对电容率,或相对介电常量。,之间关系：,之,间关系,称为相对磁导率,磁导率,介电常数,17,17/21,4,.由,求,H,；,由,求,B,；,由,求,M,；,由,求,j,s,；,或由,求,I,s,；,由,求,I,s,；,1,.场对称性分析；,2,.选取环路；,3,.求环路内传导电流代数和,I,c,；,4.应用介质中安培环路定了解题方法,18,18/21,例,1,：,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,相对磁导率为,r,磁介质，求介质内和管内真空部分磁感应强度,B,。,解：,由螺线管磁场分布可知，管内场各处均匀一致，管外场为零,；,R,I,B,H,r,a,b,c,d,1,.介质内部,作,abcda,矩形回路。,在环路上应用介质中环路定理：,在,bc,和,da,段路径上,回路内传导电流代数和为：,19,19/21,因为,cd,段处于真空中，真空中,M,=0,；,B,=0,，,有,I,B,H,a,b,c,d,2,.管内真空中,作环路,abcda,;在环路上应用介质中安培环路定理，同理有：,真空中,a,b,c,d,20,20/21,例题2：如图载流无限长磁介质圆柱其磁导为,r1,，,外面有半径为,R,2,无限长同轴圆柱面，该面也通有电流,I,，,圆柱面外为真空，在R,1,r,r1,。,求B和 H分布?,解：,依据轴对称性，以轴上一点为圆心在垂直于轴平面内取圆为安培回路：,同理,21,21/21,