物理专题课件：12磁介质

相 对 磁 导
B和M的关系为
B
0
M
1
M
率
m
km
各向同性线性磁介质
m 0, 1, | m | 很小 M和B同向，顺磁质
m 0, 1, | m | 很小 M和B反向，抗磁质
真空中，M=0 m 0, 1, B 0H 无磁化现象
磁化率m
地位和作用类似于e
• 对于各向同性线性介质来讲m是一个没有量纲的
磁化电流
磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量 分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是 大量分子电流统计平均的宏观效果
相同之处： 同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律
不同之处： 电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的
宏观迁移引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力， 即无热效应
2、磁介质的磁化状态
标量
–均匀介质 m是常数 –非均匀介质m是介质中各点坐标的函数，甚至是时间
的函数
• 对各向异性磁介质 m会因为方位不同而不同， 是二阶张量
–如铁磁质 M与H不成正比关系，甚至也不是单值关系
–当M与H为非线性单值关系时，虽然仍可用上述关系式 来定义 ,但它们都不是恒量，而是H的函数，且
m >>1，其数量级为102～106以上 –当M与H无单值关系时，不再引用m、 的概念了
磁介质
§ 6.1 分子电流观点
一、磁介质的磁化 磁化强度矢量M和磁化电流的关系 磁介质——能与磁场产生相互作用的物质 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
1、“分子电流”模型
磁介质的“分子”相当于一个环形电流
分子的环形电流具有磁矩——分子磁矩，在外磁 场的作用下可以自由地改变方向。
磁化电流
介质对磁场作用的响应——产生磁化电流
• 磁场强度：H 是一个辅助矢量
• 单位为安培每米，用A/m表示 • 问题
–已知I0 ——可能求H，但因为M未知——依旧 无法求B
–需要描绘磁介质磁化性质的物理量，并补充H和 M的关系
H和M的关系
对于各向同性线性磁介质，H、M的关系为
从磁
荷观 M mH
点引
入
H
B
M
0
磁化率
B 0H 0M 0(1 m)H 0rH
反映磁介质磁化状态(方向与程度)的物理量。
磁化强度：单位体积内所有分子磁矩的矢量和，
用 M 表示。
M
m分子
V
理想情况下，把每个分子看成完全一样的电流
环，用平均分子磁矩代替每个分子的真实磁矩。
则常用 ：
M n m分 n I分a
3、磁化强度矢量M与磁化电流I’的关系
在介质内取以L为周界的曲面研究因磁
有介质时
B
dl
0
I
0
I
'
总场
I' M dl
B dl 0 I0 0 M dl
L
L内
两边同除
以0 ，
再移项
L
(
B
0
M)dl
I0 L内
传导电流
定义： 磁场强度H NhomakorabeaB
M
H dl
I0
0
L
有磁介质时的 安培环路定理
H dl I0
L
• 磁场强度H沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以 闭合环路为周界的任意曲面的传导电流强度的代数 和。
化而引起的通过面S的磁化电流。
M dl I
(L)
(S)
4、M与介质表面磁化电流的关系
M n
i '或Mt
i'
面磁化电流密度
二、磁介质内的磁感应强度矢量B
B B0 B'
B与M有关
三、有磁介质时的磁场性质
I0 产生 B0 使介质磁化 M
B'产生附加场 I '
||
B
• 传导电流产生 +
磁化电流不能传导，束缚在介 质内部，也叫束缚电流。
它 也 能 产 生 磁 场 ， 满 足 毕 奥 萨伐尔定律，可以产生附加场 B’
附加场反过来要影响原来空间 的磁场分布。
各向同性的磁介质只有介质表 面处，分子电流未被抵销，形 成磁化电流
磁化电流与传导电流
传导电流：
载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产 生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律
SB0
dS
0
+
L
B0
dl
0 I0
L内
磁化电流产生
SB'dS 0
B'dl
L
0 I'
L内
总磁场 B遵从的规律
SB
dS
0
B dl
L
0 I0 0 I'
L内
L内
磁化电流和B互相牵扯，难于 测量和控制，通常也是未知的
B-S定律和安培环路定理以已 知电流分布为前提
解决的办法——需要补充有关磁介质磁化性质知识
例题 用安培环路定理计算充满磁介质的螺绕环内
的磁感应强度,已知磁化场的磁感应强度为B0,介 质的磁化场强度为M.
解: 设 H螺 绕dl环的平I均0 半N径I为0 R,总匝.数. N. .
H 2R NI0
..
H
N
2R
I0
nI0
磁化场的磁感应强度B0就是 空心螺绕环的磁感应强度:
B0 0nI0
nI0
B0
0
. . .. ...
R ..
.
.
.
.
.
. . . . ... . . . ......
磁介质内的磁感应强度: B 0 (H M ) B0 0M