《10磁介质解析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10磁介质解析（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章 磁介质磁介质 基本内容基本内容1. 磁介质的磁化磁介质的磁化2. 有磁介质时磁场的基本规律有磁介质时磁场的基本规律3. 铁磁质铁磁质4. 磁路磁路真空中磁场的磁感应强度真空中磁场的磁感应强度介质磁化所产生的附加磁场介质磁化所产生的附加磁场介质中的合磁场介质中的合磁场u磁介质磁介质磁介质磁介质分类：分类：分类：分类： 与与方向相同，方向相同，BB0， r 1方向相反，方向相反，BB0， rB0， r 1与与l顺磁质顺磁质l抗磁质抗磁质l铁磁质铁磁质一、三类一、三类磁介质磁介质 r r相对磁导率相对磁导率1 磁介质磁介质的磁化的磁化弱磁介质弱磁介质弱磁介质弱磁介质在外磁场作用下能够显
2、示在外磁场作用下能够显示在外磁场作用下能够显示在外磁场作用下能够显示出磁性的物质出磁性的物质出磁性的物质出磁性的物质l l 在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流- 磁介质的磁化现象磁介质的磁化现象二、弱磁介质的磁化机理二、弱磁介质的磁化机理 顺磁质和抗磁质磁性的起因可顺磁质和抗磁质磁性的起因可顺磁质和抗磁质磁性的起因可顺磁质和抗磁
3、质磁性的起因可用安培分子电流在磁场中的取向来用安培分子电流在磁场中的取向来用安培分子电流在磁场中的取向来用安培分子电流在磁场中的取向来解释；铁磁质需用磁畴说明解释；铁磁质需用磁畴说明解释；铁磁质需用磁畴说明解释；铁磁质需用磁畴说明圆电流圆电流圆电流圆电流l l 分子固有磁矩分子固有磁矩分子固有磁矩分子固有磁矩-分子中所有的电子轨道分子中所有的电子轨道分子中所有的电子轨道分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和磁矩和自旋磁矩的矢量和磁矩和自旋磁矩的矢量和磁矩和自旋磁矩的矢量和分子电流分子电流分子电流分子电流1. 1. 顺磁质的磁性顺磁质的磁性顺磁质的磁性顺磁质的磁性 由于分子的热运动，分由于分
4、子的热运动，分由于分子的热运动，分由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同，整子磁矩取向各不相同，整子磁矩取向各不相同，整子磁矩取向各不相同，整个介质不显磁性。个介质不显磁性。个介质不显磁性。个介质不显磁性。l l 无外磁场作用时，无外磁场作用时，无外磁场作用时，无外磁场作用时，顺磁质顺磁质顺磁质顺磁质分子的固有磁矩分子的固有磁矩分子的固有磁矩分子的固有磁矩不为零不为零不为零不为零l l 分子固有磁矩分子固有磁矩分子固有磁矩分子固有磁矩l l p pmm为分子中所有的电子轨道磁矩和自旋为分子中所有的电子轨道磁矩和自旋为分子中所有的电子轨道磁矩和自旋为分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和磁矩
5、的矢量和磁矩的矢量和磁矩的矢量和分分分分子子子子磁磁磁磁矩矩矩矩有矩分子有矩分子分子电流分子电流分子电流分子电流l l 顺磁质分子电结构：顺磁质分子电结构：顺磁质分子电结构：顺磁质分子电结构：l l 抗磁质分子电结构：抗磁质分子电结构：抗磁质分子电结构：抗磁质分子电结构：l l分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致l l顺磁质磁化结果，使介质顺磁质磁化结果，使介质顺磁质磁化结果，使介质顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强，即内部磁场增强，即内部磁场增强，即内部磁场增强，即l l有外磁
6、场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向分子磁矩转向外磁场的方向分子磁矩转向外磁场的方向分子磁矩转向外磁场的方向2. 2. 抗磁质的磁性抗磁质的磁性抗磁质的磁性抗磁质的磁性 l l无外磁场作用时，无外磁场作用时，无外磁场作用时，无外磁场作用时，抗磁质抗磁质抗磁质抗磁质分分分分子中各电子的磁效应相互抵子中各电子的磁效应相互抵子中各电子的磁效应相互抵子中各电子的磁效应相互抵消，分子的固有磁矩为零。消，分子的固有磁矩为零。消，分子的固有磁矩为零。消
7、，分子的固有磁矩为零。l l抗磁质分子中的每个电子的抗磁质分子中的每个电子的抗磁质分子中的每个电子的抗磁质分子中的每个电子的运动都相当于一个圆电流，运动都相当于一个圆电流，运动都相当于一个圆电流，运动都相当于一个圆电流，其角动量其角动量其角动量其角动量L L与其相应的电子与其相应的电子与其相应的电子与其相应的电子磁矩磁矩磁矩磁矩p pmm相反。相反。相反。相反。有外磁场作用有外磁场作用有外磁场作用有外磁场作用无矩分子无矩分子l l旋转的电子受到一个与其角动量垂直的力矩作用时，旋转的电子受到一个与其角动量垂直的力矩作用时，旋转的电子受到一个与其角动量垂直的力矩作用时，旋转的电子受到一个与其角动量
8、垂直的力矩作用时，该电子要做该电子要做该电子要做该电子要做“ “进动进动进动进动” ”的运动。的运动。的运动。的运动。l l在外磁场作用下，分子电流产生的附加磁矩方向和外磁在外磁场作用下，分子电流产生的附加磁矩方向和外磁在外磁场作用下，分子电流产生的附加磁矩方向和外磁在外磁场作用下，分子电流产生的附加磁矩方向和外磁场方向相反。附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。场方向相反。附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。场方向相反。附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。场方向相反。附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。l l抗磁质磁化结果，使介抗磁质磁化结果，使介抗磁质磁化结果，使介抗磁质磁化结果，使介质内部
9、的磁场削弱，即质内部的磁场削弱，即质内部的磁场削弱，即质内部的磁场削弱，即l l即要附加以外磁场即要附加以外磁场即要附加以外磁场即要附加以外磁场为轴线的旋转运动为轴线的旋转运动为轴线的旋转运动为轴线的旋转运动l l分子中运动状态不同的旋转电子在外磁场中都会产生分子中运动状态不同的旋转电子在外磁场中都会产生分子中运动状态不同的旋转电子在外磁场中都会产生分子中运动状态不同的旋转电子在外磁场中都会产生一个相同的角速度一个相同的角速度一个相同的角速度一个相同的角速度 绕外磁场方向的进动。绕外磁场方向的进动。绕外磁场方向的进动。绕外磁场方向的进动。3. 3. 磁介质的磁化电流磁介质的磁化电流磁介质的磁化
10、电流磁介质的磁化电流l l顺磁质、抗磁质的磁化机制虽不同，但磁介质放进顺磁质、抗磁质的磁化机制虽不同，但磁介质放进顺磁质、抗磁质的磁化机制虽不同，但磁介质放进顺磁质、抗磁质的磁化机制虽不同，但磁介质放进外磁外磁外磁外磁场中，都会在其内部或表面层内出现磁化电流；顺磁质磁场中，都会在其内部或表面层内出现磁化电流；顺磁质磁场中，都会在其内部或表面层内出现磁化电流；顺磁质磁场中，都会在其内部或表面层内出现磁化电流；顺磁质磁化电流的方向与外磁场呈右手螺旋关系，而抗磁质则相反化电流的方向与外磁场呈右手螺旋关系，而抗磁质则相反化电流的方向与外磁场呈右手螺旋关系，而抗磁质则相反化电流的方向与外磁场呈右手螺旋关
11、系，而抗磁质则相反磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流IsIs磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流磁化电流或束缚电流I Is sl l 在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同在外磁场的作用下，磁介质内部出现宏观磁矩，同时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流时在其内部或表面也出现了磁化电流- 磁介质的磁化现象磁介质的磁化现象u在磁介质内部或表面出现的电流是束缚电流（磁化在磁介质内部或表面出现的
12、电流是束缚电流（磁化在磁介质内部或表面出现的电流是束缚电流（磁化在磁介质内部或表面出现的电流是束缚电流（磁化电流），且外磁场越强，磁介质内部或表面出现的电流），且外磁场越强，磁介质内部或表面出现的电流），且外磁场越强，磁介质内部或表面出现的电流），且外磁场越强，磁介质内部或表面出现的束缚电流越大束缚电流越大束缚电流越大束缚电流越大l l磁化（束缚）电流也会激发磁场，也产生附加场强，磁化（束缚）电流也会激发磁场，也产生附加场强，磁化（束缚）电流也会激发磁场，也产生附加场强，磁化（束缚）电流也会激发磁场，也产生附加场强，使磁场的分布发生变化使磁场的分布发生变化使磁场的分布发生变化使磁场的分布发生变
13、化三、磁化强度矢量三、磁化强度矢量-反映磁介质的磁化程度反映磁介质的磁化程度反映磁介质的磁化程度反映磁介质的磁化程度1. 1. 磁化强度矢量磁化强度矢量磁化强度矢量磁化强度矢量l l无外磁场时无外磁场时无外磁场时无外磁场时：磁介质中任一小体积元：磁介质中任一小体积元：磁介质中任一小体积元：磁介质中任一小体积元 V V内所有分子内所有分子内所有分子内所有分子磁矩的矢量和为零，即磁矩的矢量和为零，即磁矩的矢量和为零，即磁矩的矢量和为零，即l l有外磁场时有外磁场时有外磁场时有外磁场时：磁介质被磁化，：磁介质被磁化，：磁介质被磁化，：磁介质被磁化， 或或或或 且外场越强，介质磁化程度越高，且外场越强
14、，介质磁化程度越高，且外场越强，介质磁化程度越高，且外场越强，介质磁化程度越高， 或或或或 越大越大越大越大u可见，可见，可见，可见，磁介质的磁化程度可由磁介质的磁化程度可由磁介质的磁化程度可由磁介质的磁化程度可由体积元体积元体积元体积元 V V内内内内 或或或或 的大小描述的大小描述的大小描述的大小描述l l定义：单位体积内分子磁矩（或定义：单位体积内分子磁矩（或定义：单位体积内分子磁矩（或定义：单位体积内分子磁矩（或附加磁矩附加磁矩附加磁矩附加磁矩）的矢量）的矢量）的矢量）的矢量和，即和，即和，即和，即u说明说明或或或或- - 反映了磁介质的磁化程度反映了磁介质的磁化程度反映了磁介质的磁化
15、程度反映了磁介质的磁化程度l l 是所选小体积元是所选小体积元是所选小体积元是所选小体积元 V V内一点的磁化强度。当磁介质内一点的磁化强度。当磁介质内一点的磁化强度。当磁介质内一点的磁化强度。当磁介质中各处的磁化强度的大小和方向均相同时，则称为均中各处的磁化强度的大小和方向均相同时，则称为均中各处的磁化强度的大小和方向均相同时，则称为均中各处的磁化强度的大小和方向均相同时，则称为均匀磁化，其磁介质称为匀磁化，其磁介质称为匀磁化，其磁介质称为匀磁化，其磁介质称为各向同性磁介质各向同性磁介质各向同性磁介质各向同性磁介质；l l磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度MM不仅与外磁场有关，而且还与磁化（束
16、缚）不仅与外磁场有关，而且还与磁化（束缚）不仅与外磁场有关，而且还与磁化（束缚）不仅与外磁场有关，而且还与磁化（束缚）电流所产生的磁场有关；电流所产生的磁场有关；电流所产生的磁场有关；电流所产生的磁场有关；l l对于顺磁质，磁化强度对于顺磁质，磁化强度对于顺磁质，磁化强度对于顺磁质，磁化强度MM与外磁场与外磁场与外磁场与外磁场B B0 0方向相同；对方向相同；对方向相同；对方向相同；对于抗磁质，磁化强度于抗磁质，磁化强度于抗磁质，磁化强度于抗磁质，磁化强度MM与外磁场与外磁场与外磁场与外磁场B B0 0 方向相反；方向相反；方向相反；方向相反；l l顺磁质在外磁场中也产生附加磁矩，即顺磁质也有
17、顺磁质在外磁场中也产生附加磁矩，即顺磁质也有顺磁质在外磁场中也产生附加磁矩，即顺磁质也有顺磁质在外磁场中也产生附加磁矩，即顺磁质也有抗磁性，但附加磁矩远小于分子磁矩。抗磁性，但附加磁矩远小于分子磁矩。抗磁性，但附加磁矩远小于分子磁矩。抗磁性，但附加磁矩远小于分子磁矩。l l MM只存在于磁介质内，在磁介质外只存在于磁介质内，在磁介质外只存在于磁介质内，在磁介质外只存在于磁介质内，在磁介质外 MM = 0 = 0。或或或或l l 设在各向同性磁介质中，单位体积内的分子数为设在各向同性磁介质中，单位体积内的分子数为设在各向同性磁介质中，单位体积内的分子数为设在各向同性磁介质中，单位体积内的分子数为
18、n n磁介质放入磁场中，每个分子产生的平均分子磁矩为磁介质放入磁场中，每个分子产生的平均分子磁矩为磁介质放入磁场中，每个分子产生的平均分子磁矩为磁介质放入磁场中，每个分子产生的平均分子磁矩为磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度2. 2. 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度MM与磁化（面）电流的关系与磁化（面）电流的关系与磁化（面）电流的关系与磁化（面）电流的关系l l在曲面周界上，任取一个长为在曲面周界上，任取一个长为在曲面周界上，任取一个长为在曲面周界上，任取一个长为d dl l，底面积为底面积为底面积为底面积为 S S，体积为体积为体积为体积为 V V的的的的小斜柱，斜柱以小斜柱，斜柱以小斜柱，
19、斜柱以小斜柱，斜柱以d dl l为轴线为轴线为轴线为轴线小斜柱的体积小斜柱的体积小斜柱的体积小斜柱的体积l l分子中心在该体积元中的分子，分子中心在该体积元中的分子，分子中心在该体积元中的分子，分子中心在该体积元中的分子，其分子圆电流必然被其分子圆电流必然被其分子圆电流必然被其分子圆电流必然被d dl l穿过穿过穿过穿过l l 由于磁化而被由于磁化而被由于磁化而被由于磁化而被d dl l穿过的分子电穿过的分子电穿过的分子电穿过的分子电流对穿过曲面流对穿过曲面流对穿过曲面流对穿过曲面S S的总磁化电流的的总磁化电流的的总磁化电流的的总磁化电流的贡献为贡献为贡献为贡献为l l 对曲面对曲面对曲面对
20、曲面S S的周界的周界的周界的周界L L，则由于磁化而穿过该曲面，则由于磁化而穿过该曲面，则由于磁化而穿过该曲面，则由于磁化而穿过该曲面S S的磁化的磁化的磁化的磁化电流为电流为电流为电流为l l 磁化电流与磁化电流密度有磁化电流与磁化电流密度有磁化电流与磁化电流密度有磁化电流与磁化电流密度有l l 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度MM与磁化电流与磁化电流与磁化电流与磁化电流I IS S的关系的关系的关系的关系u 注意：注意：l l 式中式中式中式中S S是以闭合曲线是以闭合曲线是以闭合曲线是以闭合曲线L L为周界的任意曲面面积；为周界的任意曲面面积；为周界的任意曲面面积；为周界的任意曲面面积
21、；l l 这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之一。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之一。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之一。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之一。3. 3. 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度MM与磁化电流线密度与磁化电流线密度与磁化电流线密度与磁化电流线密度 的关系的关系的关系的关系l l 磁化电流线密度磁化电流线密度磁化电流线密度磁化电流线密度 ：介质表面单位长度上的磁化电流：介质表面单位长度上的磁化电流：介质表面单位长度上的磁化电流：介质表面单位长度上的磁化电流（1 1）当介质表面不与磁化强度）当介质表面不与磁化强度）当介质表面不与磁化强度）当介质表面不与磁化强度M
22、M平行时，有平行时，有平行时，有平行时，有u 说明：说明： 式中式中式中式中e en n为介质为介质为介质为介质1 1指向介质指向介质指向介质指向介质2 2的界面法向方向的单位矢量，的界面法向方向的单位矢量，的界面法向方向的单位矢量，的界面法向方向的单位矢量，MM1 1、MM2 2为界面处两侧介质中的磁化强度。为界面处两侧介质中的磁化强度。为界面处两侧介质中的磁化强度。为界面处两侧介质中的磁化强度。 这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之二。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之二。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之二。这是磁化电流与磁化强度的普遍关系式之二。 磁介质表面外法线方向单位矢量为磁介
23、质表面外法线方向单位矢量为磁介质表面外法线方向单位矢量为磁介质表面外法线方向单位矢量为e en n，MM与与与与e en n之间之间之间之间的夹角为的夹角为的夹角为的夹角为 ；（2 2）对于两种磁介质的界面处的薄层，有）对于两种磁介质的界面处的薄层，有）对于两种磁介质的界面处的薄层，有）对于两种磁介质的界面处的薄层，有或或或或（3 3）当介质外为真空时，介质表面磁化电流的）当介质外为真空时，介质表面磁化电流的）当介质外为真空时，介质表面磁化电流的）当介质外为真空时，介质表面磁化电流的线密度等于该处磁化强度线密度等于该处磁化强度线密度等于该处磁化强度线密度等于该处磁化强度MM与介质表面外法线单与
24、介质表面外法线单与介质表面外法线单与介质表面外法线单位矢量的叉积，即位矢量的叉积，即位矢量的叉积，即位矢量的叉积，即 大小：大小：大小：大小： 方向：右手螺旋法则方向：右手螺旋法则方向：右手螺旋法则方向：右手螺旋法则4. 4. 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度MM与附加磁场与附加磁场与附加磁场与附加磁场BB的关系的关系的关系的关系l l 磁化电流也会产生附加磁场磁化电流也会产生附加磁场磁化电流也会产生附加磁场磁化电流也会产生附加磁场B B ，其也遵守安培环路，其也遵守安培环路，其也遵守安培环路，其也遵守安培环路定律和磁场的高斯定理，即定律和磁场的高斯定理，即定律和磁场的高斯定理，即定律和磁场的
25、高斯定理，即u注意注意l l MM只分布在磁介质内，而附加磁场只分布在磁介质内，而附加磁场只分布在磁介质内，而附加磁场只分布在磁介质内，而附加磁场B B 不仅分布在磁不仅分布在磁不仅分布在磁不仅分布在磁介质内，也分布在磁介质外。介质内，也分布在磁介质外。介质内，也分布在磁介质外。介质内，也分布在磁介质外。2 有有磁介质时磁场的基本规律磁介质时磁场的基本规律1. 1. 有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理一、有磁介质时磁场的基本规律一、有磁介质时磁场的基本规律有磁介质的磁场有磁介质的磁场有磁介质的磁场有磁介质的磁场仍是无源场！仍是无源场
26、！仍是无源场！仍是无源场！ 2. 2. 有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！l l 有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理有磁介质时磁场的安培环路定理l l I Ii i 为传导电流，是可以测量的，可认为是已知的；为传导电流，是可以测量的，可认为是已知的；为传导电流，是可以测量的，可认为是已知的；为传导电流，是可以测量的，可认为是已知的；l l I Is s 为束
27、缚电流，是不能测量的，是未知的。为束缚电流，是不能测量的，是未知的。为束缚电流，是不能测量的，是未知的。为束缚电流，是不能测量的，是未知的。有磁介质的磁场仍是无源场！有磁介质的磁场仍是无源场！有磁介质的磁场仍是无源场！有磁介质的磁场仍是无源场！l l 有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质时磁场的高斯定理有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！有磁介质的磁场仍是非保守场！令令令令l l 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路
28、定理u 磁介质场中的安培环路定理的推导磁介质场中的安培环路定理的推导磁介质场中的安培环路定理的推导磁介质场中的安培环路定理的推导l 磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路定理磁介质场中的安培环路定理& 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理：在稳恒磁场中，磁场：在稳恒磁场中，磁场：在稳恒磁场中，磁场：在稳恒磁场中，磁场强度强度强度强度HH沿任意闭合路径的线积分，等于该闭合路径内所沿任意闭合路径的线积分，等于该闭合路径内所沿任意闭合路径的线积分，等于该闭合路径内所沿任意闭合路径的线积分，等于该闭合路径内所包围
29、的传导电流的代数和。包围的传导电流的代数和。包围的传导电流的代数和。包围的传导电流的代数和。传导电流传导电流传导电流传导电流磁场强度的环流磁场强度的环流磁场强度的环流磁场强度的环流l在各向同性磁介质中，磁化强度在各向同性磁介质中，磁化强度M与磁场强度与磁场强度H有如有如下的实验关系：下的实验关系：l m是一个纯数，与磁介质的性质有关，称为介质的是一个纯数，与磁介质的性质有关，称为介质的磁化率磁化率。l相对磁导率相对磁导率二、线性磁介质中二、线性磁介质中H与与B的关系的关系l磁介质的磁导率磁介质的磁导率u说明说明l l一般线性磁介质，一般线性磁介质，一般线性磁介质，一般线性磁介质，l l对于顺磁
30、质或抗磁质，对于顺磁质或抗磁质，对于顺磁质或抗磁质，对于顺磁质或抗磁质，HH与与与与B B方向相同方向相同方向相同方向相同l l线性磁介质中线性磁介质中线性磁介质中线性磁介质中磁化强度磁化强度M与磁感应强度与磁感应强度B成正比成正比l lHH 的的的的环流环流环流环流与磁介质无关，也与闭合环路外的传导电流与磁介质无关，也与闭合环路外的传导电流与磁介质无关，也与闭合环路外的传导电流与磁介质无关，也与闭合环路外的传导电流无关，仅与闭合环路无关，仅与闭合环路无关，仅与闭合环路无关，仅与闭合环路内的传导电流内的传导电流内的传导电流内的传导电流的代数和有关的代数和有关的代数和有关的代数和有关l lHH是
31、闭合环路内、外的电流共同作用的结果，即是闭合环路内、外的电流共同作用的结果，即是闭合环路内、外的电流共同作用的结果，即是闭合环路内、外的电流共同作用的结果，即HH与所与所与所与所有传导电流和磁化电流都有关有传导电流和磁化电流都有关有传导电流和磁化电流都有关有传导电流和磁化电流都有关l l HH 称为磁场强度，是一个辅助量，也反映磁场分布称为磁场强度，是一个辅助量，也反映磁场分布称为磁场强度，是一个辅助量，也反映磁场分布称为磁场强度，是一个辅助量，也反映磁场分布磁场的安培环路定理磁场的安培环路定理磁场的安培环路定理磁场的安培环路定理u 讨论讨论三、利用介质场的安培环路定理进行磁场的计算三、利用介
32、质场的安培环路定理进行磁场的计算u 安培环路定理可用于求解某些安培环路定理可用于求解某些安培环路定理可用于求解某些安培环路定理可用于求解某些高度对称性磁介质场高度对称性磁介质场高度对称性磁介质场高度对称性磁介质场的磁的磁的磁的磁感应强度分布，注意感应强度分布，注意感应强度分布，注意感应强度分布，注意l l 先利用安培环路定理求出先利用安培环路定理求出先利用安培环路定理求出先利用安培环路定理求出HHl l 闭合环路的选取原则与真空磁场相同，闭合环路的选取原则与真空磁场相同，闭合环路的选取原则与真空磁场相同，闭合环路的选取原则与真空磁场相同，HH与与与与B B0 0方向一致方向一致方向一致方向一致
33、l l 再利用再利用再利用再利用B B与与与与HH的关系求出的关系求出的关系求出的关系求出B B解：解：解：解：(1)(1)作半径为作半径为作半径为作半径为r r的圆周为积分回路的圆周为积分回路的圆周为积分回路的圆周为积分回路L LL L回路中所包围的电流回路中所包围的电流回路中所包围的电流回路中所包围的电流 例例例例11半径为半径为半径为半径为R R1 1的无限长圆柱导体的无限长圆柱导体的无限长圆柱导体的无限长圆柱导体( ( 0 0) )，外有一半径为，外有一半径为，外有一半径为，外有一半径为R R2 2的无限长同轴圆的无限长同轴圆的无限长同轴圆的无限长同轴圆柱面，两者间充满相对磁导率为柱面
34、，两者间充满相对磁导率为柱面，两者间充满相对磁导率为柱面，两者间充满相对磁导率为 r r的均的均的均的均匀磁介质。设电流匀磁介质。设电流匀磁介质。设电流匀磁介质。设电流I I从圆柱导体内均匀从圆柱导体内均匀从圆柱导体内均匀从圆柱导体内均匀流入，并沿外圆柱面流回。求磁场的流入，并沿外圆柱面流回。求磁场的流入，并沿外圆柱面流回。求磁场的流入，并沿外圆柱面流回。求磁场的分布及介质表面上的磁化电流密度。分布及介质表面上的磁化电流密度。分布及介质表面上的磁化电流密度。分布及介质表面上的磁化电流密度。l l 磁场分布与电流满足右手螺旋法则磁场分布与电流满足右手螺旋法则磁场分布与电流满足右手螺旋法则磁场分布
35、与电流满足右手螺旋法则R1 r R2：（2 2）对于各向同性磁介质，磁化电）对于各向同性磁介质，磁化电）对于各向同性磁介质，磁化电）对于各向同性磁介质，磁化电流只出现在磁介质的内外表面流只出现在磁介质的内外表面流只出现在磁介质的内外表面流只出现在磁介质的内外表面磁介质内表面处磁化强度大小为磁介质内表面处磁化强度大小为磁介质内表面处磁化强度大小为磁介质内表面处磁化强度大小为方向为圆柱内表面逆时针圆周的切向方向为圆柱内表面逆时针圆周的切向方向为圆柱内表面逆时针圆周的切向方向为圆柱内表面逆时针圆周的切向磁介质外表面处磁化强度大小为磁介质外表面处磁化强度大小为磁介质外表面处磁化强度大小为磁介质外表面处
36、磁化强度大小为方向为圆柱外表面逆时针圆周的切向方向为圆柱外表面逆时针圆周的切向方向为圆柱外表面逆时针圆周的切向方向为圆柱外表面逆时针圆周的切向磁介质内表面磁化电流线密度大小为磁介质内表面磁化电流线密度大小为磁介质内表面磁化电流线密度大小为磁介质内表面磁化电流线密度大小为方向沿圆柱内表面向上（与轴线平行）方向沿圆柱内表面向上（与轴线平行）方向沿圆柱内表面向上（与轴线平行）方向沿圆柱内表面向上（与轴线平行）磁介质外表面处磁介质外表面处磁介质外表面处磁介质外表面处磁化电流线密度磁化电流线密度磁化电流线密度磁化电流线密度为为为为方向沿圆柱外表面向下方向沿圆柱外表面向下方向沿圆柱外表面向下方向沿圆柱外表
37、面向下磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为磁介质内表面磁化电流大小为II 例例例例22 求充满均匀顺磁介质求充满均匀顺磁介质求充满均匀顺磁介质求充满均匀顺磁介质的环形螺线管的磁感应强的环形螺线管的磁感应强的环形螺线管的磁感应强的环形螺线管的磁感应强度。已知：度。已知：度。已知：度。已知： r r 、R R1 1、R R2 2、I I、N N。解：解：解：解：.+.3 铁铁磁质磁质l l工作温度高于工作温度高于工作温度高于工作温度高于T Tc c时，铁
38、磁质将丧失其铁磁性而转化时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化为顺磁质为顺磁质为顺磁质为顺磁质一、一、一、一、 铁磁质的基本性质铁磁质的基本性质铁磁质的基本性质铁磁质的基本性质1. 1. 相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r 11，一般可达，一般可达，一般可达，一般可达10102 210104 4，最高可达，最高可达，最高可达，最高可达10106 63. 3. 铁磁质有一临界温度铁磁质有一临界温度铁磁质有一临界温度铁磁质有一临界温度T Tc c-居里点居里点居里点居里点4. 4. 磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩2. 2. 铁磁质
39、的铁磁质的铁磁质的铁磁质的MM比比比比HH大得多（约大得多（约大得多（约大得多（约10102 210106 6倍）则倍）则倍）则倍）则l l 铁磁质在加外磁场时（铁磁质在加外磁场时（铁磁质在加外磁场时（铁磁质在加外磁场时（磁化过程磁化过程磁化过程磁化过程），），），），其长度和体积会发生变化其长度和体积会发生变化其长度和体积会发生变化其长度和体积会发生变化5. 5. 不再是常数，随不再是常数，随不再是常数，随不再是常数，随HH而变化，即而变化，即而变化，即而变化，即B B与与与与HH之间是非线性之间是非线性之间是非线性之间是非线性关系关系关系关系B BS S: : 饱和磁感应强度饱和磁感应强度
40、饱和磁感应强度饱和磁感应强度起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线6. 6. 磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线B Br r: : 剩余磁感应强度剩余磁感应强度剩余磁感应强度剩余磁感应强度HHc c: : 矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力 饱和磁滞回线饱和磁滞回线饱和磁滞回线饱和磁滞回线二、磁滞回线二、磁滞回线二、磁滞回线二、磁滞回线B BS S: : 饱和磁感应强度饱和磁感应强度饱和磁感应强度饱和磁感应强度三、铁磁质的微观解释三、铁磁质的微观解释三、铁磁质的微观解释三、铁磁质的微观解释l l磁畴：磁畴：磁畴：磁畴：相邻原子中的电子自旋相邻原子中的电子自旋相邻原子中的电子自旋相邻原子中的电子自
41、旋磁矩自发地同向平行排列，形磁矩自发地同向平行排列，形磁矩自发地同向平行排列，形磁矩自发地同向平行排列，形成一个个小的自发磁化区成一个个小的自发磁化区成一个个小的自发磁化区成一个个小的自发磁化区起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线l lT T升高升高升高升高，分子热运动加剧。，分子热运动加剧。，分子热运动加剧。，分子热运动加剧。T T T Tc c时，磁畴全部被破坏，时，磁畴全部被破坏，时，磁畴全部被破坏，时，磁畴全部被破坏，铁磁质转为顺磁质铁磁质转为顺磁质铁磁质转为顺磁质铁磁质转为顺磁质l l外加磁场：外加磁场：外加磁场：外加磁场：各磁畴磁矩的方向趋向外各磁畴磁矩的方向趋向外各磁
42、畴磁矩的方向趋向外各磁畴磁矩的方向趋向外磁场方向，将出现很大的附加磁场，所磁场方向，将出现很大的附加磁场，所磁场方向，将出现很大的附加磁场，所磁场方向，将出现很大的附加磁场，所以，总磁感应强度很大以，总磁感应强度很大以，总磁感应强度很大以，总磁感应强度很大-对外不显磁对外不显磁对外不显磁对外不显磁性性性性l l无外磁场：无外磁场：无外磁场：无外磁场：各磁畴磁化方向杂乱无章各磁畴磁化方向杂乱无章各磁畴磁化方向杂乱无章各磁畴磁化方向杂乱无章-磁性很强磁性很强磁性很强磁性很强-磁滞、剩磁磁滞、剩磁磁滞、剩磁磁滞、剩磁-存在居里点存在居里点存在居里点存在居里点l l去除外磁场：去除外磁场：去除外磁场：
43、去除外磁场：分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态化前的杂乱排列状态化前的杂乱排列状态化前的杂乱排列状态l l 在磁化过程中，在磁化过程中，在磁化过程中，在磁化过程中，磁畴的变化会引起晶磁畴的变化会引起晶磁畴的变化会引起晶磁畴的变化会引起晶格间距的变化，从而导致长度和体积的格间距的变化，从而导致长度
44、和体积的格间距的变化，从而导致长度和体积的格间距的变化，从而导致长度和体积的变化变化变化变化-磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩磁致伸缩四、铁磁质测量四、铁磁质测量四、铁磁质测量四、铁磁质测量B B HH关系曲线的实验装置关系曲线的实验装置关系曲线的实验装置关系曲线的实验装置l l 先从磁强计中测得先从磁强计中测得先从磁强计中测得先从磁强计中测得B B l l 再根据电流的测量计算再根据电流的测量计算再根据电流的测量计算再根据电流的测量计算则得则得则得则得05101520磁强计磁强计磁强计磁强计测量测量H测量测量测量测量B B 的探头的探头的探头的探头（霍尔元件霍尔元件霍尔元件霍尔元件）电阻电阻换换向向
45、开开关关A电流表电流表螺绕环螺绕环铁环铁环狭缝狭缝3. 3. 矩磁材料矩磁材料矩磁材料矩磁材料l l 特点：矫顽力小，磁滞回线窄特点：矫顽力小，磁滞回线窄特点：矫顽力小，磁滞回线窄特点：矫顽力小，磁滞回线窄l l 应用：硅钢片，作变压器的铁芯应用：硅钢片，作变压器的铁芯应用：硅钢片，作变压器的铁芯应用：硅钢片，作变压器的铁芯l l 铁氧体（非金属），作高频线圈的磁芯材铁氧体（非金属），作高频线圈的磁芯材铁氧体（非金属），作高频线圈的磁芯材铁氧体（非金属），作高频线圈的磁芯材料料料料l l特点：剩余磁感应强度大，矫顽力大，特点：剩余磁感应强度大，矫顽力大，特点：剩余磁感应强度大，矫顽力大，特点：
46、剩余磁感应强度大，矫顽力大， 磁滞回线宽磁滞回线宽磁滞回线宽磁滞回线宽l l应用：作永久磁铁，永磁喇叭应用：作永久磁铁，永磁喇叭应用：作永久磁铁，永磁喇叭应用：作永久磁铁，永磁喇叭l l 特点：磁滞回线接近矩形特点：磁滞回线接近矩形特点：磁滞回线接近矩形特点：磁滞回线接近矩形l l 应用：作计算机中的记忆元件应用：作计算机中的记忆元件应用：作计算机中的记忆元件应用：作计算机中的记忆元件五、铁磁质的分类五、铁磁质的分类五、铁磁质的分类五、铁磁质的分类1. 1. 软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料2. 2. 硬磁材料硬磁材料硬磁材料硬磁材料4 边值关系边值关系 磁路定理磁路定理一、一、一、一、 磁介
47、质的边值关系磁介质的边值关系磁介质的边值关系磁介质的边值关系1. 1. B B 的法线分量的连续性的法线分量的连续性的法线分量的连续性的法线分量的连续性或或或或l l 利用安培环路定理，可得利用安培环路定理，可得利用安培环路定理，可得利用安培环路定理，可得或或或或l l 利用磁场的高斯定理，可得利用磁场的高斯定理，可得利用磁场的高斯定理，可得利用磁场的高斯定理，可得2. 2. HH 的切线分量的不连续性的切线分量的不连续性的切线分量的不连续性的切线分量的不连续性3. 3. B B 线的折射定律线的折射定律线的折射定律线的折射定律l l 当界面上无传导面电流时，即当界面上无传导面电流时，即当界面
48、上无传导面电流时，即当界面上无传导面电流时，即或或或或l l 即当界面上无传导面电流时，即当界面上无传导面电流时，即当界面上无传导面电流时，即当界面上无传导面电流时，HH 的切线分量连续。的切线分量连续。的切线分量连续。的切线分量连续。介质介质介质介质2 2介质介质介质介质1 1l l 当当当当B B线由线由线由线由 值大的一方进入值大的一方进入值大的一方进入值大的一方进入 值小的一方时，折射后值小的一方时，折射后值小的一方时，折射后值小的一方时，折射后的的的的B B线将靠近法线线将靠近法线线将靠近法线线将靠近法线。l l 当界面上无传导面电流时，当界面上无传导面电流时，当界面上无传导面电流时
49、，当界面上无传导面电流时，有有有有l l 如果如果如果如果介质介质介质介质2 2为真空或非铁磁性物质（为真空或非铁磁性物质（为真空或非铁磁性物质（为真空或非铁磁性物质（ 2 2=1=1），），），），介质介质介质介质1 1为铁芯（铁磁质，为铁芯（铁磁质，为铁芯（铁磁质，为铁芯（铁磁质， 1 111），则），则），则），则 2 200， 1 190900 0，这时在，这时在，这时在，这时在铁芯内磁感应线几乎与界面平行；铁芯的铁芯内磁感应线几乎与界面平行；铁芯的铁芯内磁感应线几乎与界面平行；铁芯的铁芯内磁感应线几乎与界面平行；铁芯的 1 1越大，越大，越大，越大， 1 1就越接近就越接近就越接近就
50、越接近90900 0，磁感应线就越接近于表面平行，从而漏，磁感应线就越接近于表面平行，从而漏，磁感应线就越接近于表面平行，从而漏，磁感应线就越接近于表面平行，从而漏到外面的磁通就越少。到外面的磁通就越少。到外面的磁通就越少。到外面的磁通就越少。l l 高磁导率的铁芯会把磁通量集中到自己的内部。高磁导率的铁芯会把磁通量集中到自己的内部。高磁导率的铁芯会把磁通量集中到自己的内部。高磁导率的铁芯会把磁通量集中到自己的内部。真空真空真空真空铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质二、二、二、二、 磁路定理磁路定理磁路定理磁路定理& 磁路定理：磁路定理：磁路定理：磁路定理：闭合磁路的磁动势等于各段磁路上的闭合磁路的磁动
51、势等于各段磁路上的闭合磁路的磁动势等于各段磁路上的闭合磁路的磁动势等于各段磁路上的磁势降的代数和。磁势降的代数和。磁势降的代数和。磁势降的代数和。磁动势磁动势磁动势磁动势 mm磁阻磁阻Rmi磁势降磁势降 Rmil l 串联磁路串联磁路串联磁路串联磁路u 讨论讨论l l 并联磁路并联磁路并联磁路并联磁路l 磁路总磁阻磁路总磁阻l 通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻l 由磁路定理由磁路定理l l 磁屏蔽：消除外界磁场的干扰。磁屏蔽：消除外界磁场的干扰。磁屏蔽：消除外界磁场的干扰。磁屏蔽：消除外界磁场的干扰。 用铁磁质做成的闭合壳体可以起磁屏蔽的作用；用铁磁质做成的
52、闭合壳体可以起磁屏蔽的作用；用铁磁质做成的闭合壳体可以起磁屏蔽的作用；用铁磁质做成的闭合壳体可以起磁屏蔽的作用； 磁屏蔽的原理可以看成是由闭合的铁壳体和壳内空腔磁屏蔽的原理可以看成是由闭合的铁壳体和壳内空腔磁屏蔽的原理可以看成是由闭合的铁壳体和壳内空腔磁屏蔽的原理可以看成是由闭合的铁壳体和壳内空腔中的空气组成的并联磁路；空气的磁导率接近中的空气组成的并联磁路；空气的磁导率接近中的空气组成的并联磁路；空气的磁导率接近中的空气组成的并联磁路；空气的磁导率接近1 1，铁壳，铁壳，铁壳，铁壳磁导率至少有几千，空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得磁导率至少有几千，空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得磁导率至少有几千，空
53、腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得磁导率至少有几千，空腔的磁阻比铁壳壁的磁阻大得多，外磁场的磁感应通量中绝大部分将沿着铁壳壁内多，外磁场的磁感应通量中绝大部分将沿着铁壳壁内多，外磁场的磁感应通量中绝大部分将沿着铁壳壁内多，外磁场的磁感应通量中绝大部分将沿着铁壳壁内“ “通过通过通过通过” ”，“ “进入进入进入进入” ”空腔内部的磁通量是很少的。空腔内部的磁通量是很少的。空腔内部的磁通量是很少的。空腔内部的磁通量是很少的。 磁屏蔽的效果远不如静电屏蔽好，可采用多层铁壳的磁屏蔽的效果远不如静电屏蔽好，可采用多层铁壳的磁屏蔽的效果远不如静电屏蔽好，可采用多层铁壳的磁屏蔽的效果远不如静电屏蔽好，可采用多层铁壳的办法。办法。办法。办法。
