《电磁场与电磁波第14讲磁化强度磁场强度和相对导磁率边界条件概要》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场与电磁波第14讲磁化强度磁场强度和相对导磁率边界条件概要（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电磁场与电磁波 主讲教师：黄文 重庆邮电大学 光电工程学院 电磁场与无线技术教学部 Email: 办公室：老1教1403,2,复习,1. 引言,2. 真空中静磁学的公理,洛仑兹力方程,3,3. 矢量磁位,4. 毕奥-萨伐定律及其应用,4,Main topic 静磁场,3. 磁场强度和相对磁导率,1. 磁偶极子,2. 磁化强度和等效电流密度,4. 静磁场的边界条件,5,Example 6-6 P161 圆柱坐标系,1. 磁偶极子,6,EXAMPLE 6-7 P162 一半径为b的小圆形回路中通有电流I（磁偶极子），求该回路在远处一点的磁通密度。,球坐标,7,8,9,磁偶极子:,10,电偶极子:,
2、磁偶极子:,被定义为磁偶极矩，它是一个矢量, 其大小为回路中电流与回路面积的乘积。其方向是当右手的四指指向电流方向时的大拇指方向。,11,模型,极化，磁化,产生的电场与磁场,电偶极子,磁偶极子,电磁对偶性,12,2. 磁化强度和等效电流密度,磁偶极子受磁场力而转动,介质磁化,电子围绕原子核旋转形成闭合的环形电流，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。,在外加磁场的作用下，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
3、磁性。,14,横截面,每个横截面内形成大的环电流，整个介质形成一个大的螺线管,无外磁场作用时，媒质对外不显磁性，,没有磁化,在外磁场作用下，磁偶极子发生旋转，沿着场的方向排列起来，这种现象叫磁化,磁化结果使介质中的合成磁场可能减弱或增强，此与极化现象不同。,15,mk 为一个原子的磁偶极矩，n 为每单位体积中的原子数 。式子的分子表示包含在非常小的体积v内磁偶极矩的矢量和。磁化矢量M, 是磁偶极矩的体密度。,为分析磁偶极子的宏观效应，我们定义磁化矢量M为,一个体积元为dv 的磁偶极矩dm满足dm=Mdv ，将产生一矢量磁位,16,对材料进行对V的体积分, 可以得到磁化材料产生的矢量磁位,其中
4、R 为从体积元dv到固定的场点的距离 。,根据矢量恒等式,可重新写为,17,由于,可得,类似地，,磁化强度矢量的效应等效为一个体电流密度和一个面电流密度,其中， an 是由 ds 向外的单位法线矢量，而S 为包围体积V 的表面。,18,3. 磁场强度和相对磁导率,在磁性材质中，真空中磁场由传导电流I和磁化电流I 引起。,真空中静磁学的基本方程,磁性材料的基本等式,19,现在定义一个新的基本场量，磁场强度H使得,20,其中C是包围表面S的周线（闭合路径）, I 是通过 S的总自由电流（闭合路径）。C 的方向和电流 I 的流动方向之间的相对方向遵循右手定则。这个式子是安培环路定理的另一种形式：它说
5、明磁场强度环绕任何闭合路径的环流，等于穿过此路径为边界的表面的自由电流。在求解由电流 I 产生的磁场强度H 时，当在围绕电流的闭合路径C上 H 的幅度是常数时，安培环路定律非常有用。,21,代入,相对磁导率,（绝对）磁导率,当媒质的磁特性是线性的和各向同性时，磁化强度正比于磁场强度：,其中 m 是一个无量纲的量，称为磁化率。,22,不管抗磁性还是顺磁性介质，磁化作用都很弱，因此, 它们的相对磁导率可以视为等于1。,抗磁性介质磁化后磁场减弱,顺磁性介质磁化后磁场增强,铁磁性介质的磁化作用很强，因此铁磁性介质的磁导率可以很高。,抗磁性或顺磁性介质的磁导率 。,23,三种不同磁性材料的相对磁导率,抗
6、磁性,铁磁性,顺磁性,24,铁、钴、镍及一些稀土元素存在独特的磁性现象称为铁磁性，这个名称的由来是因为铁是具有铁磁性物质中最常见也是最典型的。钐(Samarium)，钕(neodymium)与钴的合金常被用来制造强磁铁。 铁磁性材料存在长程序，即磁畴(自发磁化的小区域称为磁畴)内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。因此，在磁畴内磁性是非常强的，但材料整体可能并不体现出强磁性，因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。如果我们外加一个微小磁场，比如螺线管的磁场会使本来随机排列的磁畴取向一致，这时我们说材料被磁化。材料被磁化后，将得到很强的磁场，这就是电磁铁的物理原理。 当外加磁场去掉后，材料仍
7、会剩余一些磁场，或者说材料记忆了它们被磁化的历史。这种现象叫作剩磁，所谓永磁体就是被磁化后，剩磁很大。 当温度很高时，由于无规则热运动的增强，磁性会消失，这个临界温度叫居里温度(Curie temperature)。 如果我们考察铁磁材料在外加磁场下的机械响应，会发现在外加磁场方向，材料的长度会发生微小的改变，这种性质叫作磁致伸缩(magnetostriction)。,铁磁性,25,26,1. 静磁场的边界条件,27,28,(a) 在分界面处磁通密度B的法向分量是连续的。,对线性的各向同性媒质，有,(b) H 场的切向分量在跨越存在面电流的分界面时，是不连续的。不连续的值由下式求得,在跨越几乎
8、所有物理媒质的边界时，H的切向分量都是连续的；只有当分界面为理想导体或超导体时，它才不连续。,29,Example 1. 在具有气隙的环形磁芯上紧密绕制 N 匝线圈，如图示。当线圈中的恒定电流为 I 时，若忽略散逸在线圈外的漏磁通，试求磁芯及气隙中的磁通密度及磁场强度。,解 忽略漏磁通，磁通密度的方向沿环形圆周。由边界条件知，气隙中磁通密度Bg等于磁芯中的磁通密度Bf ，即,g - Gap; f - Ferrite,30,围绕半径为 r0 的圆周，利用安培环路定律，且考虑到 r0 a ， 可以认为线圈中磁场均匀分布，则,磁芯中,考虑到 ，得,31,总结,1. 磁偶极子,2. 磁化强度和等效电流密度,32,3. 磁场强度和相对磁导率,33,4. 静磁场的边界条件,34,homework,Thank you! Bye-bye!,答疑安排 时间： 地点：1401， 1403,6-15，6-27,
