fang恒定磁场6讲解

N
? 磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流
I'
磁磁化化方方向向与转向B0B?同0 向的的方磁向畴扩大
使磁场大大增强
当外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和 内应力的阻碍，并不能恢复磁化前的状态。
? B0
磁畴的磁 化方向
3. 宏观磁化现象 —— 磁滞回线
铁磁质中 B ? H 不是线性关系
B
o
讨论：
B~H
?r ~H
H
B r 剩磁 矫顽力 H C
B
b
铁磁质
?
?
B 远大于 B0
? r ?? 1
??
? 有磁介质的高斯定理 B ?dS ? 0
S
?
? 定义：磁化强度
? M?
Pm
?V
可证明: M ? ? Pm ? i'
?V
? i '?
? M
?
n?
——束缚电流密度
结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。
2. 磁介质中的安培环路定理
??
? ? B ?dl L
外界面：i'2
?
(? r ? 1)I
2? R2
五、铁磁质
在外场中，铁磁质可使原磁场大大增强。
1. 最主要特征：
相对磁导率很大，且不为一个常数 存在磁滞现象 存在一个临界温度——居里点。
2. 磁畴 —— 磁化微观机理
磁畴中分子磁矩自发地磁化达到饱和状态
?
无 B0
——
整个铁磁质的总磁矩为零
?
有
? B0
Xi'an Jiaotong University
Aiping Fang
apfang@mail.xjtu.edu.cn
5 / 26 / 2016
? 磁介质放入外场 B0
B B0
?
?r
顺磁质
?
?
B 略大于 B0
?r ?1
?
抗磁质
?
B 略小于 B0
?r ?1
固有磁矩取向转动 “感应”磁矩
—— 相对磁导率
硬磁材料 HC较大 剩磁较强，不易退磁
可作永久磁铁
稳恒磁场小结
? 磁感应强度和磁场强度的确定
? 毕 — 萨定律
电流元的选取，磁场的叠加原理
注意：确定磁感应强度与电场强度方向的区别
几种常用载流体产生的磁感应强度
B ? ?0I 2? r
B?
? 0 IR2
2( R2 ? x 2 )3/ 2
B ? ? 0nI
?
?0
Ii
a
? ? 0(NI0 ? IS ')
d I0
? ? 0 (NI0 ? i'ab)
??
用磁化强度描述束缚电流
??
? Is? ?
??
M ?dl
L
? ? B ?dl L
?
? 0 NI0
?
?0
M
L
?dl
b IS
c顺
磁 质
? ? ? ?
(B ? ?0M
L
?0
定义磁场强度
)
? ?dl ? H?
? NI0?
A? ? A? ?
? ? AK ? B FK ?dl ? q B EK ?dl ??
? 对闭合电路 ? ? EK ?dl
电源
uAB ? uA ? uB
A? ?
? ? ? B EK ?dl
? 表征了电源非静电力作功本领的大小
? 反映电源将其它形式的能量转化为电 能本领的大小 二、电磁感应定律
v?
法拉第的实验：
? B
?
? M
I0i
?0
??
? ? H ?dl ? L
I0 ——磁介质的安培环路定理
磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径
所包围的所有传导电流的代数和。
?
M
讨论：
(1Hale Waihona Puke Baidu 普遍适用
i' ? z
(2) 束缚电流与磁化强度
沿Z方向磁化的介质体元
?y
设单位长度上的束缚电流为 i'
?x
介质侧面上的束缚电流强度
然后再求解磁感应强度。
?? ?
(4) B ? ? 0H ? ? 0M
??
?
真空中 M ? 0, B0 ? ? 0H
例： 一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率
?r ?1
I
求： (1) 磁介质中的磁化强度和磁感应强度 (2) 介质内外界面上的束缚电流密度
R1
?
解： 根据磁介质的安培环路定理
? 磁介质 磁介质的分类
磁化的微观解释
磁化强度
铁磁质
含介质的安培环路定理
和束缚电流
铁磁质
磁滞回线（会分析和描述）
磁化机理的微观解释
? 磁学中需注意的几个问题： ? 安培环路定理 + 补偿原理 ? 磁矩的概念和计算 ? 运动带电体产生的磁场
注意对称性，电流方向 磁力矩的计算
分析电荷元 + 叠加原理
? 用安培力公式和磁力矩公式分析载流体的运动趋势 ? 磁力的功与磁通量的关系
（运动电荷产生的磁场）
B
?
? 0qv ? 4? r3
r
B ? ? 0i
2
? ?
?m ?
B ?dS
S
? B ?dS ? 0（磁场的无源性） S
B
? ? B ?dl L
?
?0
Ii
求电流对称分布 的磁感应强度
dF ? Idl ? B
f ? qv ? B
霍尔效应
M ? pm ? B
线圈在磁场中转动（分析趋势）
(普遍关系式)
L
(3) 对于各向同性介质，在外磁场不太强的情况下
?? M? H
??
?
? M
?
? ? mH
?
? m —— 介质的磁化率
?
B ? ? 0H ? ? 0M ? (1 ? ? m )? 0H ? ? 0? r H0
?
??
B ? ? 0?rH ? ?H
一定条件下，可用安培环路定理求解场强度，
? 洛伦兹力 f ? qE ? qv ? B
带电粒子在电场和磁场中的典型运动规律
第十章 变化的电磁场
电流的磁效应
10-1 电磁感应定律
一、电动势
定义：? ? AK
q
电生磁
? ? dAK
dq
磁的电效应
I A ?B FK
将单位正电荷从电源负极推向电源
正极的过程中，非静电力所作的功
?? 非静电性场强 EK ? FK / q
?
M
I'? i'? z
则，它产生的磁矩
i' ? z
? Pm ? I '? S ? i'? x? y? z
M ? ? Pm ? i' ?V
?y ?x
? i '?
? M
?
n?
取任意闭合回路 L，则磁化强度M 沿L 的积分等于穿过此
积分回路围成的面积上束缚电流强度的代数和。
? ? ? ? M ?dl ?
I '(L内）
R2
i1 '
??
?LH ?dl ? H 2?r ? I
B
?
? 0?rH
?
?0? r
I 2?r
H ? I / 2?r
? i2 '
?r
r
? H
M
?
?mH
?
(? r
?
1)H
?
(? r ? 1)I
2?r
由磁化强度与束缚电流密度的关系
i?' ?
? M
?
n?
内界面：i'1 ?
M1
?
(? r ? 1)I
2? R1
co
d
e
a fH
(1) 实验证明：各种铁磁质的起始磁化曲线都是“不可逆” 的， 磁滞现象
(2) 要消除剩磁，要依靠铁磁质的矫顽力 不同材料，矫顽力不同
(3) 铁磁质的磁化状态取决于铁磁质此前的磁化历史
(4) 铁磁材料的应用
B
B
H
o
o
H
软磁材料 HC 较小 易磁化，易退磁 可作变压器、电机、 电磁铁的铁芯