磁化电流密度ppt课件
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第十章101电流电流密度(共13张PPT)
(diànliú)
3、电流密度 与电流强度 的关系
在导体中 P 点取一面积元
1）若 与电流方向垂直，则通过面积元 的 电流强度 与电流密度的关系为
精品资料
10.1 电流 电流 密度 (diànliú)
(diànliú)
2）若 与电流方向不垂直， 的法线矢量方向与电流方向 （即电流密度方向）成角，则通过面积元 的电流强度 与电流密度 的关系为
导体中自由电子的分布密度为 。
在导体内取一面积元 与 垂直（即与电流方向或电流密度方向垂直）。
在时间内 ，自由电子运动动的距离为 为底，作一个柱体。
。以
为长度、
精品资料
10.1 电流 电流 密度 (diànliú)
(diànliú)
则在时间 内柱体中有
个电子，
即在时间 内有
个电子通过面积元 。
设每个电子带电为 。则在时间内，通过面积元的电荷量为
(diànliú)
一、电流
1、电流(diànliú)的形成
大量带电粒子定向运动形成
2、产生电流的条件
导体内有自由运动的电荷、有电场。
3、电流的种类
传导电流
带电粒子定向运动形成的电流
运流电流
带电物体作机械运动形成的电流
精品资料
10.1 电流(diànliú)
度
4、电流(diànliú)的方向
电流 密 (diànliú)
精品资料
10.1 电流 电流 密度 (diànliú)
(diànliú)
四、金属导体中，电流密度(mìdù)与自由电子的密度(mìdù)、漂移速度的关
精品资料
10.1 电流 电流 密度 (diànliú)
(diànliú)
磁化电流密度
( ) , ( ) 。其次在铁电和铁磁物质或强场
情况下，P与E , M与H 之间将不再是齐次线性关系。 另外，对于各向异性的介质来说，介电常数和导磁
系数都是张量，场强和感应场强之间的关系推广为
Di ij E j ,
Bi ij H j , i, j 1,2,3
称为极化电流密度
P1
h
通过薄层进入介质2的正电荷为P2 ds ，由介质1 通过薄层下侧面进入薄层的正电荷为 因此薄层 P 1 ds 出现的净余电荷为
dQp ( P2 P 1 ) ds
以 p 为极化电荷面密度，则有 ˆ ds p ds ( P2 P ) d s ( P P ) n 1 2 1 得到
S V
即
p P
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷的
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化尾闾。
相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称为极 化电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
p jp 0 t
即
p P jp P t t t
对 jm两边取散度，得
jm M
jm 0
这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化 电流的源头。
b) 磁化电流面密度与磁化强度的关系 对于均匀介质，磁化后介质内部的 M 为一常矢 量。可见 jm M 0 ，即介质内部 jm 0 。但
的总磁化电流： I m ina dl M dl
L
L
以 jm 表示磁化电流密度，有
大学物理电磁学ppt课件
i
L Er d
B dS S t
--对导线所围面积积分
28
电磁学复习
自感系数 L I
互感系数 M 12 21
i2
i1
自感磁能
WL
1 2
LI 2
互感磁能 WM = M I1I2
L
L
dI dt
12
M
d i2 dt
普适式(L一定)
长直螺线管: B = nI L = n2V
U
q
40 ( x2
R2 )1 2
8
电磁学复习
第11章 导体和电介质的静电场
11-1 导体的静电平衡 11-2 电容器及其电容 11-3 静电场中的电介质 11-4 有电介质时的高斯定理 11-5 静电场中的能量
9
电磁学复习
知识点:
静电平衡状态下导体上电荷分布、电场强度和电势 电容器的电容及其储能 电介质的极化：求D、E、P 电场能量 典型例题: 例11.1; 例11.3; 例11.5 典型习题: P50 11-1, 6, 8, 10, 14, 17, 19, 20, 21, 22
平行板电容器 C 0S
d
充电介质:
圆柱形电容器 C 20L
ln(R2 R1 )
C rC0
球形电容器电容
C 40
RA RB RB - RA
电容器储能： We
1 CU 2 2
Q2 2C
1 QU 2
12
电磁学复习
3. 电介质极化： 在外场E0中
无极分子 --- 位移极化 有极分子 --- 取向极化
电电负内源源载阻充功功功放率率率电II时I22Rr的功率转充放换电电：：充外电电电源路U输I输出入功电率I 源U功II 2率r UI 16
磁化强度和磁化电流ppt课件
解：
当环内是真空时
当环内充满均匀介质时
例12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为µ和µr。求环内的磁场强度和磁感应强度。
例12-3 如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导体≈ 0 ）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。
则该段磁介质中总的磁矩为
磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积的总磁化电流。
§12-3 磁介质中的磁场 磁场强度
有磁介质后，空间任一点的磁场
B0 - 传导电流产生的磁场 B ' - 磁化电流产生的磁场
出现“欲求 B 需先知道 B”的问题，为此 引入一辅助的物理量：磁场强度 。
随着反向磁场的增加，Ｂ逐渐减小，当H=-Hc时，Ｂ等于零，剩磁消失，Hc叫做矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力。
磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比
铁磁质的磁滞现象
铁磁质磁化的磁滞现象动画示意
饱和
剩磁
矫顽力
铁磁质磁化微观机制
铁磁质的磁化微观机制
铁磁质的磁化微观机制（续）
H＝0
H
H
H
H
铁磁质的居里点
钴 铁 镍 1413K 1042K 631K
常见的铁磁材料
H
B
O
H
B
O
H
B
O
软磁材料
硬磁材料
矩磁材料
矫顽力小,易充，退磁.
当环内是真空时
当环内充满均匀介质时
例12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为µ和µr。求环内的磁场强度和磁感应强度。
例12-3 如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导体≈ 0 ）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。
则该段磁介质中总的磁矩为
磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积的总磁化电流。
§12-3 磁介质中的磁场 磁场强度
有磁介质后，空间任一点的磁场
B0 - 传导电流产生的磁场 B ' - 磁化电流产生的磁场
出现“欲求 B 需先知道 B”的问题，为此 引入一辅助的物理量：磁场强度 。
随着反向磁场的增加，Ｂ逐渐减小，当H=-Hc时，Ｂ等于零，剩磁消失，Hc叫做矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力。
磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比
铁磁质的磁滞现象
铁磁质磁化的磁滞现象动画示意
饱和
剩磁
矫顽力
铁磁质磁化微观机制
铁磁质的磁化微观机制
铁磁质的磁化微观机制（续）
H＝0
H
H
H
H
铁磁质的居里点
钴 铁 镍 1413K 1042K 631K
常见的铁磁材料
H
B
O
H
B
O
H
B
O
软磁材料
硬磁材料
矩磁材料
矫顽力小,易充，退磁.
电流密度与磁化电流密度_概述及解释说明
电流密度与磁化电流密度概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将探讨电流密度与磁化电流密度的基本概念、定义以及它们之间的关系与作用机制。
电流密度是描述单位截面上电荷流动的物理量，而磁化电流密度则是描述材料内部磁场分布产生的电流。
通过探究两者之间的联系，我们可以更深入地了解它们在物质行为和应用中的重要性。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行阐述。
第一部分为引言，对文章主题进行概述，并介绍文章结构。
第二部分将介绍电流密度和磁化电流密度的基本概念和定义，以便读者对其有充分的了解。
第三部分将详细讨论电流密度与磁化电流密度之间的关系及其作用机制，包括等效模型与安培环路定理、磁场产生原理与磁滞效应分析，以及它们在不同领域中的应用和重要性。
第四部分将介绍实验方法和技术分析，包括电场测量技术与仪器设备介绍、磁滞回线测量方法及数据处理技术，以及其他相关实验方法和技术分析。
最后一部分为结论与展望，总结电流密度与磁化电流密度的基本概念和关系，并提出未来研究方向的建议。
1.3 目的本文旨在系统地介绍和解释电流密度与磁化电流密度的概念、定义、关系以及作用机制。
通过深入探究它们之间的联系，我们可以更好地理解电荷和磁场在材料中传播和相互作用的过程，并揭示其在物质性质和应用中的重要影响。
同时，通过介绍实验方法和技术分析，我们希望能够为相关领域的科研人员提供实际工具和参考，促进相关领域的研究进展。
最后，结论部分将对整篇文章进行总结，并展望未来电流密度与磁化电流密度方面的研究方向。
2. 电流密度与磁化电流密度的基本概念和定义2.1 电流密度:电流密度是描述单位截面内通过导体的电流量的物理量，用符号J表示。
它是一个矢量，其方向与电流方向相同。
其大小表示单位截面内通过的总电荷量与时间的比率。
在导体中，电子的漂移速度并不高，而电荷数目非常大。
因此，在宏观尺度上，我们更关注单位截面内通过的总电荷量而不是单个电子。
计算公式为：J = I / A其中，J为电流密度（单位：安培/平方米或安培/平方厘米），I为通过导体截面的总电流（单位：安培），A为导体横截面积（单位：平方米或平方厘米）。
2 磁化强度和磁化电流
v 1. 磁化强度 M
磁化前 磁化前
14.2 磁化强度 磁化电流
∑
i
v mi = 0
磁化后 磁化后
v ∑ mi
i
内部分子电流抵消 内部分子电流抵消 v
∑m
i
i
≠0
v 磁化强度矢量 M =
(表征磁化程度 表征磁化程度) 表征磁化程度 单位：安培 米 单位：安培/米 ，A/m 边缘形成圆电流 I´ 边缘形成圆电流
∫
L
v v v v M ⋅ dl = ∫ M ⋅ dl = Ml = j ′l = I ′
内
∫
L
v v M ⋅ dl = I ′
公式
v MM = j′
v v v j′ = M × n
∫
L
v v M ⋅ dl = I ′
轴 线
I ′S j ′lS 磁化强度大小 磁化强度大小 M = i = = = j′ ∆V Sl Sl
i
∑m
S l
v j′
v v v j′ = M × n
n — 介质表面单位外法线矢量。 介质表面单位 法线矢量。 单位外 (非均匀介质磁化后，表面及内部都有磁化电流) 非均匀介质磁化后，表面及内部都有磁化电流 非均匀介质磁化后 都有磁化电流
2. 磁化电流
∆V
均匀磁介质 分子取向磁化 分子取向磁化
I
长直螺线管
I´ 沿柱面流动，称为磁化面电流 —— 分子合电流。 沿柱面流动，称为磁化面电流 分子合电流。
顺磁质： 同向，使磁场增强 增强。 顺磁质： I´ I 同向，使磁场增强。 抗磁质： 反向，使磁场减弱 减弱。 抗磁质： I´ I 反向，使磁场减弱。 磁化面电流。 磁化面电流密度 j´：轴线单位长度磁化面电流。 ´ 轴线单位长度磁化面电流 l 上，磁化面电流 I´ = j´ l
磁化前 磁化前
14.2 磁化强度 磁化电流
∑
i
v mi = 0
磁化后 磁化后
v ∑ mi
i
内部分子电流抵消 内部分子电流抵消 v
∑m
i
i
≠0
v 磁化强度矢量 M =
(表征磁化程度 表征磁化程度) 表征磁化程度 单位：安培 米 单位：安培/米 ，A/m 边缘形成圆电流 I´ 边缘形成圆电流
∫
L
v v v v M ⋅ dl = ∫ M ⋅ dl = Ml = j ′l = I ′
内
∫
L
v v M ⋅ dl = I ′
公式
v MM = j′
v v v j′ = M × n
∫
L
v v M ⋅ dl = I ′
轴 线
I ′S j ′lS 磁化强度大小 磁化强度大小 M = i = = = j′ ∆V Sl Sl
i
∑m
S l
v j′
v v v j′ = M × n
n — 介质表面单位外法线矢量。 介质表面单位 法线矢量。 单位外 (非均匀介质磁化后，表面及内部都有磁化电流) 非均匀介质磁化后，表面及内部都有磁化电流 非均匀介质磁化后 都有磁化电流
2. 磁化电流
∆V
均匀磁介质 分子取向磁化 分子取向磁化
I
长直螺线管
I´ 沿柱面流动，称为磁化面电流 —— 分子合电流。 沿柱面流动，称为磁化面电流 分子合电流。
顺磁质： 同向，使磁场增强 增强。 顺磁质： I´ I 同向，使磁场增强。 抗磁质： 反向，使磁场减弱 减弱。 抗磁质： I´ I 反向，使磁场减弱。 磁化面电流。 磁化面电流密度 j´：轴线单位长度磁化面电流。 ´ 轴线单位长度磁化面电流 l 上，磁化面电流 I´ = j´ l
学习电流与电流密度【公开课教学PPT课件】高中物理
三.电流方向
1. 在不同的导体物质中，形成电流的 运动电荷可以是正电荷，也可以是 负电荷，甚至是两者都有。为了统 一，规定正电荷移动的方向为电流 方向。在金属导体中电子运动形成 的实际方向与电流方向相反。如右 图所示
电流的分类
① 电流可分为直流电和交流电两大类。 凡大小和方向都不随时间变化的电流，称为稳恒 电流，称为直流（简写为DC）;凡大小方向都随时 间变化的电流，称为交流电，（简称交流AC）。
一.电流的形成
电荷有规则的定向运动称为电流。
当人们给予一定的外加条件时（如接上电源），就能迫使金属或 某些溶液中的电荷发生有规则的运动。在金属导体中，电流是自 由电子在外电场作用下有规则的运动形成的；在某些液体或气体 中，电流则是正离子或负离子在外电场作用下有规则运动形成的。 导体中的这种电流也称传导流。
导线允许的电流随横截面不 同而不同。例如，1平方毫米 （mm2）的铜导线允许通过六 安（A）的电流，2.5平方毫米 （mm2）的铜导线允许通过 15安的电流（J=6安/平方毫 米）。120平方毫米（mm2） 的铜导线允许通过250安（A） 的电流（J=2.3安/平方毫米）。
当导线中的电流超过允许电
流时，导线将发热、冒烟而 出现事故。
二.电流的大小和方向
1.电流大小 电流既是一种物理现象，又是一种表示带电粒子定向运动的物理量。
在相同时间内通过导体横截面的电荷量越多，就表示流过该导体的电流越强， 反之越弱。
① 电流的大小用电流强度来衡量，通 常规定：一秒内通过导体横截面的
I 电量称作电流强度，用字母 表示。
如果在T秒内通过导体横截面的电量
知识拓展
④ 对于电流密度所做的分析和观察，可以用来探测固体内在的物理性质， 包括金属、半导体、绝缘体等等。在这科学领域，材料学家已经研究发展 出一套非常详尽的理论形式论，来解释很多机要的实验观察。 安培力定律描述电流密度与磁场之间的关系。电流密度是安陪力定律的一 个重要参数，在变压器设计中，不同铁心大小，不同温升，不同的压降要 求，不同的散热条件电流密度都会不同，不能认为多大的线径允许多大的 电流密度是一个定值, 电流强度和电流密度之间的关系 电流密度是一种度量，以向量的形式定义，其方向是单位面积相应截面的 法向量，其大小是单位截面面积的电流。采用国际单位制，电流密度的单 位是安每平方毫米。
磁介质表面的磁化电流
B/10-4T
15 10
磁滞回线
B=f (H)
5
0
θ
400
600
800
1 000
H/(Am-1)
顺磁质的B-H曲线
第七章 恒定磁场
16
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
当外磁场由 H m 逐渐减小时，这种 B 的变化落后于H的变 化的现象，叫做磁滞 现象 ，简称磁滞. H 0 由于磁滞， 时，磁感强度 B 0 Br 叫做剩余磁感强 ， 度(剩磁).
0 ( NI I s )
传导电流 磁化电流
A
l
D
dl M dl js l l M BC l B dl 0 ( NI l M dl ) B l ( 0 M ) dl NI I
第七章 恒定磁场
d
I
B H 0
同理可求 d r , B 0
第七章 恒定磁场
R
r
13
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
（ 3） r d R
js M en
M ( r 1) H ( r 1)
I 2d
当 d r
js M ( r 1) js M ( r 1)
单位（安/米）
Am
1
意义 磁介质中单位体积内分子 的合磁矩.
第七章 恒定磁场
4
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
二 磁介质中的安培环路定理 1.磁化强度 与磁化电 M M en 流面密度 js 的关系 js m js LS
L
大小：M
15 10
磁滞回线
B=f (H)
5
0
θ
400
600
800
1 000
H/(Am-1)
顺磁质的B-H曲线
第七章 恒定磁场
16
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
当外磁场由 H m 逐渐减小时，这种 B 的变化落后于H的变 化的现象，叫做磁滞 现象 ，简称磁滞. H 0 由于磁滞， 时，磁感强度 B 0 Br 叫做剩余磁感强 ， 度(剩磁).
0 ( NI I s )
传导电流 磁化电流
A
l
D
dl M dl js l l M BC l B dl 0 ( NI l M dl ) B l ( 0 M ) dl NI I
第七章 恒定磁场
d
I
B H 0
同理可求 d r , B 0
第七章 恒定磁场
R
r
13
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
（ 3） r d R
js M en
M ( r 1) H ( r 1)
I 2d
当 d r
js M ( r 1) js M ( r 1)
单位（安/米）
Am
1
意义 磁介质中单位体积内分子 的合磁矩.
第七章 恒定磁场
4
物理学
第五版
7-9
磁场中的介质
二 磁介质中的安培环路定理 1.磁化强度 与磁化电 M M en 流面密度 js 的关系 js m js LS
L
大小：M
磁化电流密度概要课件
02
该方法适用于求解复杂的磁场问 题，但计算过程较为繁琐，需要 较高的数学基础。
有限元法
有限元法是一种将连续的求解域离散 化为有限个小的单元，并对每个单元 进行插值求解的方法。
该方法适用于求解各种复杂的磁场问 题，具有较高的灵活性和通用性，但 计算量较大。
边界元法
边界元法是一种基于边界积分方程的数值计算方法，通过将问题转化为边界上的 离散点求解。
磁化电流密度与电磁干扰的传播有关。通过分析磁化电流密 度，工程师可以了解电磁干扰的传播机制，并采取措施抑制 电磁干扰。
电磁兼容性测试
在电磁兼容性测试中，磁化电流密度是评估设备性能的重要 参数。通过测量磁化电流密度，工程师可以评估设备的电磁 兼容性，确保其符合相关标准和规定。
04
磁化电流密度的研究进展
新型计算方法的研究
总结词
随着科技的发展，计算方法在磁化电流密度研究中扮演着越来越重要的角色。新型计算方法的出现，为磁化电流 密度的研究提供了更高效、更精确的计算工具。
详细描述
近年来，随着计算机技术的飞速发展，人们开发出了许多新型计算方法，如有限元法、有限差分法、边界元法等 ，这些方法能够更好地模拟和预测磁化电流密度的行为。通过这些计算方法，研究人员可以更深入地理解磁化电 流密度的本质和规律，为新材料和新能源的开发提供有力支持。
磁化电流密度研究的总结
磁化电流密度是描述磁场变化与产生电流之 间关系的重要物理量，在电磁学、电机工程 等领域具有广泛应用。
磁化电流密度涉及到磁场的时间变化和导体 的空间散布，其计算和测量需要考虑磁场和 电流的矢量特性。
磁化电流密度的研究涉及到一系列复杂的物 理过程，如电磁感应、磁滞、涡流等，需要 综合考虑实验测量和数值模拟等多种方法。
该方法适用于求解复杂的磁场问 题，但计算过程较为繁琐，需要 较高的数学基础。
有限元法
有限元法是一种将连续的求解域离散 化为有限个小的单元，并对每个单元 进行插值求解的方法。
该方法适用于求解各种复杂的磁场问 题，具有较高的灵活性和通用性，但 计算量较大。
边界元法
边界元法是一种基于边界积分方程的数值计算方法，通过将问题转化为边界上的 离散点求解。
磁化电流密度与电磁干扰的传播有关。通过分析磁化电流密 度，工程师可以了解电磁干扰的传播机制，并采取措施抑制 电磁干扰。
电磁兼容性测试
在电磁兼容性测试中，磁化电流密度是评估设备性能的重要 参数。通过测量磁化电流密度，工程师可以评估设备的电磁 兼容性，确保其符合相关标准和规定。
04
磁化电流密度的研究进展
新型计算方法的研究
总结词
随着科技的发展，计算方法在磁化电流密度研究中扮演着越来越重要的角色。新型计算方法的出现，为磁化电流 密度的研究提供了更高效、更精确的计算工具。
详细描述
近年来，随着计算机技术的飞速发展，人们开发出了许多新型计算方法，如有限元法、有限差分法、边界元法等 ，这些方法能够更好地模拟和预测磁化电流密度的行为。通过这些计算方法，研究人员可以更深入地理解磁化电 流密度的本质和规律，为新材料和新能源的开发提供有力支持。
磁化电流密度研究的总结
磁化电流密度是描述磁场变化与产生电流之 间关系的重要物理量，在电磁学、电机工程 等领域具有广泛应用。
磁化电流密度涉及到磁场的时间变化和导体 的空间散布，其计算和测量需要考虑磁场和 电流的矢量特性。
磁化电流密度的研究涉及到一系列复杂的物 理过程，如电磁感应、磁滞、涡流等，需要 综合考虑实验测量和数值模拟等多种方法。
高二物理竞赛电流电流密度课件(共16张PPT)
之一。超导的特性及应用有着广阔的前景。
11
5、欧姆定律的微分形式
在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与电
电势流向低电势。
流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为V和V+dV。根据欧姆定律，
通过截面dS的电流为： 在低温物理作出的杰出贡献，获得1913年诺贝尔物理学奖。
电流密度是一个矢量，其方向和该点正电荷运动的方向
点的场强与导体的电导率之积
对非稳恒电流也成立.
12
例1、一块扇形碳制电极厚为 t，电流从半径为 r1的端面 S1流向半
径为 r2的端面 S2，扇形张角为，求：S1 和 S2面之间的电阻。
解：
dR dl dr S rt
R r2 dr
r1 rt R ln r2
t r1
S2 S1
t
r1
r2
dr 平行于电流方向，dS 垂直于电流方向。
13
6、两种导体分界面上的边界条件
1、J法向分量的连续性
对恒定电流
J dS 0
n
S
J 2 导体2
S
对图中的闭合曲面
J dS J dS J dS J dS
导体1 J1
S
上底
下底
侧面
J1
nS
J2
nS
(J2 J1) nS
r 小——用来作导线
r 大——用来作电阻丝 a 小——制造电工仪表和标准电阻
a 大——金属电阻温度计
绝缘体：108~1017W .m
10
4、超导现象
超导体最早是由荷兰物理学家昂尼斯
通过此导体的电流强度为
于1911年发现的。他利用液态氦的低
3．欧姆定律，焦耳定律
第13章 电流和磁场PPT课件
以 v 0 i 表示第 i 个电子经过一次碰撞后的初速度，
在此次碰撞后自由飞行一段时间 ti 达到 t 时刻的速 度应为：
vi
v0i
eE me
ti
假设：第经过一次碰撞，电子的运动又复归于完 全无规则。
某一时刻t金属中的电流密度为： J env
式中：
v
vi n
vi
v0i
eE me
ti
vv0i eEti n me n
概念小结
一、基本概念
电流 强度
I
I JdS JdSSdqint
S
dt
电流 密度
J
恒稳电流与恒稳电场
二、概念的比较
电势与电动势 静电场与恒稳电场
§13.3 磁力与电荷的运动
一、基本磁现象 基本磁现象2
1、永磁体及其特性
同极相斥 异极相吸
S
N
S
N
2、电流的磁效应
电流的磁效应3
1820年 奥斯特
利用欧姆定律可计算出导体中的电流:
问 题
IU R
其中， R l S
其微观原理是什么？
二、欧姆定律的微分形式
思路： Jenv
金属导体中的电流是靠电子定向运动产生 的，通过考察使电子的受力和运动规律，得到 J 或 I 与 E 的关系。
在外电场作用下，电子作定向运动。但由于电子 不断与正电荷碰撞，故不是持续的加速运动。
导体中某点的电流密度，数值上等于通过与该 点场强方向垂直的单位截面积的电流强度。
J dI n dS
或： dIJdS
方向：该点场强方向。 单位（SI）：A/m2
dI dS dS
例：金属中的电流密度（载流子为电子）为：
大学物理磁介质(老师课件)
2）硬磁材料
HC — 104～106 A/m
特点：剩余磁感应强度大 矫顽力大 不容易磁化 也不容易退磁 剩磁性强 磁滞回线宽 磁滞损耗大 应用： 适合制作永久磁铁 永磁喇叭 用于拾音器、扩音 器、麦克风、收录 音机等 B
H
3）矩磁材料： 特点：磁滞回线呈矩形状
应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极 性的反转构成了“0”与“1”
二、铁磁质的磁化
三、铁磁性材料的分类
四、磁致伸缩
一、 铁磁质的宏观性质
1. r 1 可使原场大幅度增加 B r B 0 0 r H
2. r与磁化历史（H)有关，不是常数。 B—H和r—H曲线是非线性关系 3. 磁滞现象----B的变化落后 B (B T) 于H 的变化 4. 居里温度----铁磁性 消失的临界温度
B H
四、磁致伸缩 B变 M 磁畴方向改变 晶格间距改变
铁磁体长度和体积改变— 磁致伸缩
长度相对改变约10-5量级 温下可达10 -1
某些材料在低
磁致伸缩有一定固有频率 当外磁场变 化频率和固有频率一致时 发生共振
可用于制作激振器、超声波发生器等
磁介质与电介质的比较
无磁荷 基本场量 B
4
取回路如图，设总匝数为N H dl H 2πr NI
L
O R1 r R2
NI nI H 2πr
细螺绕环
R1 R2 r
H nI B μ H μ nI
长直螺线管亦然
M ( μr 1) H ( μr 1)nI
j M 表
代入数据
M 7.9410 A/m
· 当T > Tc时，铁磁性消失， 铁磁质顺磁质
电磁场课件7-电能量和力、电流密度
1 s r2, 因 D 3 , 当 r→∞ 时， 第一项积分为零，故 r 1 1 2 E dV We D EdV 2 V 2 V 2 1 2 1D 1 能量密度 we D E E 2 2 2
结论 ：凡是静电场不为零的空间都储存着静电能量。
例:试求真空中体电荷密度为 ρ，半径为 a 的导体球产生的静电能量。
D 1 1 We dV = 2 V 2
D d V
V
矢量恒等式
（ D ) (D ) D
1 1 D d S D E d V 2 S 2 V
1 We [ ( D )dV D dV ] V 2 V
1. 由电场强度 E 的定义求静电力，即
f qE
df E dq
f Edq
2.虚位移法 ( Virtual Displacement Method ) 虚位移法是基于虚功原理计算静电力的方法。
广义坐标 g ：距离、面积、体积、角度。 广义力 f ：企图改变某一个广义坐标的力。
二者关系：广义力 × 广义坐标的改变量 = 功
流过任意面积 的电流
J v
I J dS
S
A m2
dI J= n dS
J Nev
电流面密度矢量
电流的计算
2. 电流线密度 K 面电荷 在曲面上以速度 v 运动形成的电流。 电流线密度
K v
l
Am
电流
I ( K e n ) dl
en 是垂直于 dl，且通过 dl 与曲面相切的单位矢量。 电流密度矢量在各处都不随时 间变化的电流称为恒定电流。
νdS (面电流元） K dS νdl (线电流元） Idl
传导电流密度和磁化电流密度_解释说明
传导电流密度和磁化电流密度解释说明1. 引言1.1 概述在电磁学和材料科学领域，传导电流密度和磁化电流密度是两个重要的概念。
传导电流密度描述了电荷在导体中运动时所携带的电流量，而磁化电流密度则描述了材料在外加磁场下所呈现的自发磁化效应。
1.2 文章结构本文将首先介绍传导电流密度的定义、原理以及数学模型和计算方法。
接着，我们将讨论传导电流密度的影响因素和应用领域。
然后，我们会深入探讨磁化电流密度的概念、物理基础以及产生机制和特性。
最后，我们将关注传导电流密度与磁化电流密度之间的关系，并通过相关性分析、应用案例分析以及实验验证与理论解释来探究二者之间的相互作用。
1.3 目的本文旨在全面解释和阐述传导电流密度和磁化电流密度这两个概念，并深入探讨它们之间的关系。
通过对这些参数进行分析和理解，读者可以更好地认识到它们在科学研究和应用中的重要性。
同时，本文还将提供一些实际案例和实验验证，以帮助读者更好地理解与应用传导电流密度和磁化电流密度相关的知识。
（注意：请在撰写正式长文时根据自己的理解和知识进行扩充，并确保逻辑清晰、层次分明，语言表达准确恰当。
以上内容仅供参考，可以根据需要进行修改。
）2. 传导电流密度:2.1 定义和原理:传导电流密度是指单位横截面积内通过导体的电流量。
它是描述电场中电子在导体内部移动的指标。
根据欧姆定律，当导体两端施加电压时，会产生电场，从而使得自由电子在导体内部运动形成电流。
传导电流密度的方向与电场强度方向一致，其大小与导体截面上的载流子浓度有关。
2.2 数学模型和计算方法:传导电流密度可以用安培定律表示为J = σE，其中J是传导电流密度，σ是材料的电导率，E是所施加的电场强度。
常用的计算方法包括利用安培力法、库仑定律以及欧姆定律进行计算。
在均匀材料中，传导电流密度与所施加的电场强度成正比，并且与材料自身特性有关。
不同类型的材料具有不同的电阻特性和导电能力, 这会影响到传导电流密度的大小。
磁化电流密度方向
磁化电流密度方向
磁化电流密度的方向可以通过安培环路定律确定。
根据该定律，环绕一个闭合回路的总电流等于通过该回路的总磁化电流密度的总和。
在一个物体中，磁化电流密度的方向是由物体的磁化方向决定的。
在某些物体中，磁化方向可以是与电流方向一致，即与电流形成右手定则的方向相同。
在其他物体中，磁化方向可以是与电流方向相反，即与电流形成左手定则的方向相反。
总之，在一个物体中，磁化电流密度的方向与物体的磁化方向相关。
磁化方法专题教育课件
&4.2.1 周向磁化
四、支杆法 prods
磁场方向 field direction: 两电极周围近似周向； similar circular field around the two prods 最大：两极周围；max: around the two prods
&4.2.1 周向磁化
四、支杆法 prods
♣ 磁化规范轻易计算
♣ 无退磁场
♣ 可进行大面积磁化
♣ 工艺简朴，效率高
♣ 较高敏捷度
应用 applications:
实心或空心件
solid or hollow parts
局 限
♣ 易产生电弧烧伤工件 ♣ 不能检测空心工件内表面 ♣ 夹持细长工件时，易使工件变形
&4.2.1 周向磁化
二、中心导体法/穿棒法 central conductor/threading bar
电
永
磁
久
线
轭
磁
圈
铁
&4.2.2 纵向磁化
&4.2.2 纵向磁化
一、固定式电磁轭 stationary electromagnet
&4.2.2 纵向磁化
一、固定式电磁轭 stationary electromagnet
优 ♣ 磁感应强度大 点 ♣ 整体磁化
局 限
♣ 工件不可太长
注意 caution:
工件形状
• 简朴：单一磁化 • 复杂：多种磁化
工件表面状态
• 粗糙：通电 • 光滑：感应
工件数量
• 多：多向或自动 • 少：分二次磁化
不连续性可能取向
• 纵向：周向 • 周向：纵向
一、退磁旳产生与影响
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则得到
tˆ
(m
nˆ )
(M 2
M1
)
tˆ
即
m
nˆ
(M 2
M1)
又因为 故得到
nˆ
的总磁化电流：
Im
ina dl
L
M dl
以
jm
表示磁化电流密度，有
L
jm dS M dl
S
L
(
M
)
ds
S
13
所以
( jm M ) dS 0
S
故得
jm M
对 j两m 边取散度，得
jm 0
这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化
电流的源头。
电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
jp
p
t
0
即
jp
p
t
t
P
P
t
7
所以
jp
P t
称为极化电流密度
c) 极化电荷面密度与极化强度的关系
因为在非均匀介质内部，极化后一般出现极化电
荷。在均匀介质中，极化电荷只出现在介质界面上。
在介质1和介质2分界面上取一个面元为 ，在ds分界面
3
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从
宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极
矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i
其中
pi
是第
i
个分子的电偶极矩，即
pi
qili ,
求和
是对 体积中所有分子进行的。
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的
15
nˆ
m
nˆ
Nˆm m Nˆ
l
Байду номын сангаас
tˆ
l
M2
tˆ
M1
现在来看两介质交界面上的磁化电流分布情况。如
图所示的回路中，有
M L
dl
Im
L
M
dl
(M 2
M1)
ltˆ
Im m lNˆ
m l(nˆ tˆ)
16
即
m
(nˆ
tˆ )
(M 2
M1
)
tˆ
根据矢量分析
A (B C) B (C A) C ( A B)
两侧取一定厚度的薄层，使分界面包围在薄层内。
ds
nˆ P2
介质2
介质1
h
P1
8
通过薄层进入介质2的正电荷为 过薄层下侧面进入薄层的正电荷为
PP21因，dd此由ss 薄介层质出1通现
的净余电荷为
dQp (P2 P1) ds
以 p为极化电荷面密度，则有
p ds
(P2
P1 )
ds
(P2
正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷， 4
，称之为极化电荷。
度为若n极，化则时通正过负电面ds荷跑拉出开去的的位正移电为荷，数l设目介为质分n子ds密 l ds
+q
l
+q -q
+q
-q
-q
从ds面跑出去的电荷
dQ
qnl
ds,于是p通 ds过任一封闭
曲面跑出去的总电荷为
5
Q
P
ds
S
由于介质是电中性的，
§1.5 介质的电磁性质
Electromagnetic Property in Medium
1
对于介质，从微观上看都是由带正电或负电的粒 子组成的集合.介质的存在相当于真空中存在着大量 的带电粒子，因此从这个角度讲介质的存在本质上 没有什么特殊的地方。宏观电动力学(经典电动力学) 不是考察个别粒子产生的微观电磁场，而是考察它 们的宏观平均值。由于介质在宏观电磁场的作用下， 将被极化和磁化，即出现宏观的附加电荷和电流， 这些附加的电荷和电流也要激发电磁场，使原来的 宏观电磁场有所改变。所以在介质的极化和磁
由于磁化，引起介质内部环形电流有规则取向，
呈现宏观电流效应，这种由磁化引起的电流称为磁
化电流。 设S为介质内部的一个曲 8
面，其边界线为L，环形电流 7 通过S面有两种情况:
L6 1
4
S3
2
5
一种是在S面中间通过两次的环形电流，为1、2、
3，这种电流环对总电流没有贡献；而另一种是在S
11
面中间通过一次的环流，如4、5、7，这种电流环对 总电流有贡献，但这种情形只能发生在边界上。当 然，在S面外的电流环8，对总电流同样无贡献。
每一个环形电流贡献为i 或-i，在S面上一共有多
少这种电流呢？
在边界线L上取一线元dl，设环
形电流圈
的面积为
a
，则
a
由图可见，若分子中心位于体
dl
积元a dl的柱体内，则该环形电流 就被 dl所穿过。因此，若单位体积
12
内分子数为n，则被边界线L穿过的环形电流数目为
Lna dl
此数目乘上每个环形电流i ，即得从S背面流向前面
2
化过程中，电荷和电场、电流和磁场是互相制约的， 介质的内部宏观电磁现象就是这些电荷、电流分布 和电磁场之间相互作用的结果。
本节将要研究的是介质在外场作用下可能出现哪 些附加电荷和电流。
1、介质的极化（polarization of dielectric)
介质的极化说明介质对电场的反映，在有电场 的情况下，介质中的正负电荷分别受到方向相反的 作用力，因此正负电荷间的距离拉开了。另外，那
P1 )
nˆds
得到
p
nˆ
(
P2
P1 )
2、介质的磁化（magnetization of dielectric)
介质的磁化说明介质对磁场的反映,介质内部分 9
的电子运动构成微观环形电流，这种环形电流相当
于一个磁偶极子。在没有外磁场时，这些磁矩取向
是无规则的，不呈现宏观电流效应，一旦在外磁场
作用下，环形电流出现有规则取向，形成宏观电流
效应，这就是磁化现象。
在电磁学中，引入了磁化强度矢量 ，M其定义为单
位体积内的磁偶极子数，即
mi
M i
其中m是i 第i 个环形电流的磁偶极子，即
mi iiai ,
ai
10
为第i个分子环流的面积，求和是对 中所有环流进 行。
a) 磁化电流密度与磁化强度的关系
b) 磁化电流面密度与磁化强度的关系
对于均匀介质，磁化后介质内部的
可见
jm
，即 M介 质 内0 部
。但
为 M一 常矢量。 jm 0 14
表面上却有电流分布。
M 常矢
为此，要引入面电流密度的概念。面电流实际上是 靠近表面的相当多分子层内的平均宏观效应，对于 宏观来说薄层的厚度趋于零，则通过电流的横截面 变为横截线。面电流密度（或叫线电流密度）的大 小定义为垂直通过单位横截面（现在为线）的电流, 它们方向即为该点电流的方向。
P
ds也等于V内净余的负
电荷，即
S
Qp Q P ds
S
因为
Qp V pd
式中V是S所包围的体积，所以
V
p d
P
ds
V
Pd
S
6
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷的相
对位移也将随时间改变，由此产生的电流称为极化