磁介质中恒定磁场的基本方程.ppt
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第3章 恒定电流的磁场
第3章 恒定电流的磁场
【例3-3】 一根沿z轴的无限长直导线通过z方向的 电流I。试用安培定律求空间任一点的磁场强度与磁通 密度。 解 由对称性， 该电流产生的磁力线必然是同心圆， 如图3-6所示。沿每个圆的磁场强度值是相同的， 因此 对任意半径ρ， 有
∫
C
H dl = ∫
2π
0
H ρd = 2πρH = I
1 aR = 2 R R
， 式（3-1-3）又可以写为
0 B( r ) = 4π
应用恒等式▽
∫
V
1 J ( r′) × dV ′ R
▽ ×(ψA)=▽ ψ×A+ψ▽ ×A
第3章 恒定电流的磁场
同时注意到▽ 是对场点作用的算子， 故 ▽ ×J(r′)=0， 磁通密度可以表达如下
0 B( r ) = × 4π
F12 = ∫
C2
0 I 2dl2 × 4π
∫
C1
I1dl1 × aR 2 R
第3章 恒定电流的磁场
式中， 括号中的量值取决于电流回路C1的电流分 布及源点到场点的距离矢量R， 而与电流回路C2 无关， 故可定义
0 B1 = 4π
∫
C1
I1dl1 × aR 2 R
第3章 恒定电流的磁场
由于顺磁物质与抗磁物质所受的力很弱， 因此实 际上将它们归在一起， 统称为非磁性物质， 非磁性物 质的磁导率与自由空间的相同。 下面我们讨论磁性物质的磁化。 在磁性物质（常称为媒质）中， 分子中的电子以 恒速围绕原子核作圆周运动形成分子电流， 它相当于 一个微小电流环可以等效为磁偶极子。 其磁偶极矩pm 的表达式为 pm=IaS （3-2-1）
第3章 恒定电流的磁场
由于▽ 2(axAx)=(▽ 2ax)Ax+(▽2Ax)ax=(▽ 2Ax)ax， 因 而上式可分解为三个分量的泊松方程:
10恒定磁场 - 安培环路定律
L
I1 I1
L
I2 I 3 I1
（ ） 0 I1 I 2
问
1） B 是否与回路 L 外电流有关？ 2）若 B d l 0 ，是否回路 L上各处 B 0？ L 是否回路 L 内无电流穿过？
4.4 磁偶极子
1 定义： 磁偶极子是指所围成的
面积趋近于0时的载流回路， 用矢量磁偶极矩表示。
0 M A dV 4π V R 4π
J M M
0
M en S R dS
磁化电流模型
两种磁化电流密度与磁化强度的关系为 ：
K M M en
4.5 磁媒质
总结以上分析可得：
① 媒质中磁偶极子产生的磁场，可以看做是由磁化电流
产生的磁场（见公式4-5-10和4-5-11）。 分布的磁化电流所产生的磁场等效地描述； ② 与自由电流一样，磁化电流也遵从毕奥--沙伐定律产 生恒定磁场；
图 磁偶极子受磁场力而转动
4.5 磁媒质
1 磁化的概念：
无外磁场作用时，介质对外不 显磁性， n mi 0
i 1
图3.2.14 介质的磁化
在外磁场作用下，磁偶极子 发生旋转， n
mi 0
i 1
4.5 磁媒质
2 磁化强度：
磁媒质中单位体积内磁偶极矩的矢量和定义为
磁化强度。
M lim
m
i 1
n
i
V 0
V
（A/m）
矢量磁位：
0 m eR A 2 dV 4 V R
磁偶极子模型
4.5 磁媒质
3 等效磁化电流密度：
磁化后，媒质中形成新的电流，称为磁化电流。形成磁化 电流的电子仍然被束缚在原子或分子周围，所以又称为束缚电
I1 I1
L
I2 I 3 I1
（ ） 0 I1 I 2
问
1） B 是否与回路 L 外电流有关？ 2）若 B d l 0 ，是否回路 L上各处 B 0？ L 是否回路 L 内无电流穿过？
4.4 磁偶极子
1 定义： 磁偶极子是指所围成的
面积趋近于0时的载流回路， 用矢量磁偶极矩表示。
0 M A dV 4π V R 4π
J M M
0
M en S R dS
磁化电流模型
两种磁化电流密度与磁化强度的关系为 ：
K M M en
4.5 磁媒质
总结以上分析可得：
① 媒质中磁偶极子产生的磁场，可以看做是由磁化电流
产生的磁场（见公式4-5-10和4-5-11）。 分布的磁化电流所产生的磁场等效地描述； ② 与自由电流一样，磁化电流也遵从毕奥--沙伐定律产 生恒定磁场；
图 磁偶极子受磁场力而转动
4.5 磁媒质
1 磁化的概念：
无外磁场作用时，介质对外不 显磁性， n mi 0
i 1
图3.2.14 介质的磁化
在外磁场作用下，磁偶极子 发生旋转， n
mi 0
i 1
4.5 磁媒质
2 磁化强度：
磁媒质中单位体积内磁偶极矩的矢量和定义为
磁化强度。
M lim
m
i 1
n
i
V 0
V
（A/m）
矢量磁位：
0 m eR A 2 dV 4 V R
磁偶极子模型
4.5 磁媒质
3 等效磁化电流密度：
磁化后，媒质中形成新的电流，称为磁化电流。形成磁化 电流的电子仍然被束缚在原子或分子周围，所以又称为束缚电
求介质中磁场强度和磁感应强度ppt课件
20
定义玻印廷能流矢量， S E H
可见，电磁场的运动必须有相互垂直的E和H，它们的相互作用形 成了电磁波，能流的方向垂直于相互作用的E和H 。
电磁场的运动是有条件的。如果空间中只有电场或磁场，或者E和 H平行，则S=0，即电磁场是静止的，相应的电磁能是储存于空间 的能量。任何一个电磁场，只要有相互垂直的电场和磁场分量， 就一定有能流传输，并不限定是高频交变电磁场。
v 1 1 c
r0r 0 r r
17
Where c 1 3.0108 M S 1
0 0
Is the speed of light !
同样可以推出H、D和B的类似的波动方程
由麦克斯韦方程组可以导出电磁场的波动方程，即麦克斯韦预言 了电磁波的存在。这一预言，以后不断地得到实验证实。当今的 时代，电磁波已经是人们生活中不可缺少的东西。
§7.1 电磁场的基本方程 §7.1.1 电磁场 在我们研究非稳恒的电场和磁场时，有两个重要的规律把电和磁联系到 一起了。
变化的电场产生位移电流，而位移电流和传导电流一样有磁场伴随。
变化的磁场感生出涡旋电场—这是法拉第电磁感应定律
变化的电场------变化的磁场--------变化的电场…
12
电场和磁场既互相联系，又在一定条件下相互激发、相互转化形 成一个统一体-电磁场
设介质1是铁磁材料 r1 1 介质2是真空或一般磁性材料， r 2 1
tan1 r1 tan2 r2
因而有 tan1 r1tan2
如果 2 不等于零，右边就必是一 个大数， 1 就接近90o。
2 1
介质2 介质1
即，如果磁介质外磁力线不垂直于界面， 则磁介质内磁力线接近平行于界面。
5
反过来看
定义玻印廷能流矢量， S E H
可见，电磁场的运动必须有相互垂直的E和H，它们的相互作用形 成了电磁波，能流的方向垂直于相互作用的E和H 。
电磁场的运动是有条件的。如果空间中只有电场或磁场，或者E和 H平行，则S=0，即电磁场是静止的，相应的电磁能是储存于空间 的能量。任何一个电磁场，只要有相互垂直的电场和磁场分量， 就一定有能流传输，并不限定是高频交变电磁场。
v 1 1 c
r0r 0 r r
17
Where c 1 3.0108 M S 1
0 0
Is the speed of light !
同样可以推出H、D和B的类似的波动方程
由麦克斯韦方程组可以导出电磁场的波动方程，即麦克斯韦预言 了电磁波的存在。这一预言，以后不断地得到实验证实。当今的 时代，电磁波已经是人们生活中不可缺少的东西。
§7.1 电磁场的基本方程 §7.1.1 电磁场 在我们研究非稳恒的电场和磁场时，有两个重要的规律把电和磁联系到 一起了。
变化的电场产生位移电流，而位移电流和传导电流一样有磁场伴随。
变化的磁场感生出涡旋电场—这是法拉第电磁感应定律
变化的电场------变化的磁场--------变化的电场…
12
电场和磁场既互相联系，又在一定条件下相互激发、相互转化形 成一个统一体-电磁场
设介质1是铁磁材料 r1 1 介质2是真空或一般磁性材料， r 2 1
tan1 r1 tan2 r2
因而有 tan1 r1tan2
如果 2 不等于零，右边就必是一 个大数， 1 就接近90o。
2 1
介质2 介质1
即，如果磁介质外磁力线不垂直于界面， 则磁介质内磁力线接近平行于界面。
5
反过来看
3-4 磁介质中恒定磁场的基本方程
体积元
A m
1
意义 磁介 质中单位体积内 分子的合磁矩.
单位（安/米）
若 P m 是体积 V 中的平均磁矩，N 是分子密度，则磁
化强度也可表示为
M N Pm
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场 3 磁化电流 介质磁化后，介质中的分子电流合起来可在介质体内 和介质表面产生净束缚电流（亦称磁化电流），磁化电 流产生的磁场等效于所有的磁偶极子产生的磁场的总和. 等效的体磁化电流密度和面磁化电流密度分别为：
(
B
C
0
M )dl
I
磁场强度 H
B
0
M
磁介质中的安培环路定律
H dl
l
I
利用斯托克斯定律有 H dl H d S
C S
I
J d S
S
1
顺磁质
r
1 1
抗磁质
铁磁质 （非常数）
B 0 rH H
磁介质的本构关系
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场 例 有两个半径分别为 R 和 r 的“无限长”同 轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 r 的 磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求 I （1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感强度. I
积分路径是任意的
H J
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
（磁化率） 各向同性磁介质 M m H m B B B 0 (1 m ) H H M mH 0 0
第7章磁场中的磁介质.ppt
第7章 磁介质
§7.1 磁介质对磁场的影响
§7.2 原子的磁矩
§7.3 磁介质的磁化
§7.4 H的环路定理
§7.5 铁磁质 §7.6 简单的磁路
1
一、磁介质 二、 磁介质磁化的微观机理
三、磁化电流与磁化强度
四、H的环路定理 五、铁磁质 六、简单的磁路
2
一、磁介质
1.磁介质的定义 在磁场中会受磁场影响而发生 变化,反过来又对磁场产生影响 的物质就叫磁介质. 2.磁介质对磁场的影响 均匀介质充满磁 场的情况下
得：
H dr I 0内
L
•H 的单位： A/m （ SI ）；
•真空： M 0 ，H B
0
18
2. B, M , H 的关系
各向同性磁介质 r 1 将 M B 代入 0 r 各向同性电介质 P 0 r 1E D 0E P
3. 磁化规律
各向同性磁介质 (顺磁质或抗磁质)
各向同性电介质
r 1 1 1 M B (1 ) B 0 r 0 r
P 0 r 1E
0 r
介质的 磁导率
0 r
介质的介 电常数
15
四、H的环路定理 1. H的环路定理
L
NI H nI 2πr 细螺绕环
R1 R2 r
O R1 r R2
22
NI H nI 2πr
B H nI
M ( r 1) H ( r 1)nI
j M 表
代入数据
M 7.94 10 A/m
5
7.94 10 5 A/m j
23
j 7.94 10 A/m
§7.1 磁介质对磁场的影响
§7.2 原子的磁矩
§7.3 磁介质的磁化
§7.4 H的环路定理
§7.5 铁磁质 §7.6 简单的磁路
1
一、磁介质 二、 磁介质磁化的微观机理
三、磁化电流与磁化强度
四、H的环路定理 五、铁磁质 六、简单的磁路
2
一、磁介质
1.磁介质的定义 在磁场中会受磁场影响而发生 变化,反过来又对磁场产生影响 的物质就叫磁介质. 2.磁介质对磁场的影响 均匀介质充满磁 场的情况下
得：
H dr I 0内
L
•H 的单位： A/m （ SI ）；
•真空： M 0 ，H B
0
18
2. B, M , H 的关系
各向同性磁介质 r 1 将 M B 代入 0 r 各向同性电介质 P 0 r 1E D 0E P
3. 磁化规律
各向同性磁介质 (顺磁质或抗磁质)
各向同性电介质
r 1 1 1 M B (1 ) B 0 r 0 r
P 0 r 1E
0 r
介质的 磁导率
0 r
介质的介 电常数
15
四、H的环路定理 1. H的环路定理
L
NI H nI 2πr 细螺绕环
R1 R2 r
O R1 r R2
22
NI H nI 2πr
B H nI
M ( r 1) H ( r 1)nI
j M 表
代入数据
M 7.94 10 A/m
5
7.94 10 5 A/m j
23
j 7.94 10 A/m
磁场能量课件ppt
S Jm dS
M dS
S
M dl
C
( B M ) dl I
C 0
令
H B M
0
H称为磁场强度，单位：安培每米（ A/ m）。有
CH dl I
上式为介质中安培环路定律的积分形式 利用斯托克斯定律有
C H dl S H dS I SJ dS
由于积分路径是任意的，所以有
量B也不会是 的函数。取场点为 (r,0, z)；源点为
(0,0, z') 。则
R r r' rer (z z')ez
R r (z z') eR R R er R ez
dl' ez dz'
dl 'e R
r R
dz' e
根据线电流的毕奥-沙伐公式得
B 0
4
Idl 'e R C' R2
2 ( 1 ) 4 (r r')
R
方程右边可变换为
B(r)
0 4Βιβλιοθήκη S'J
(r R
'
)
dS
'
0
J (r') (r r')dV '
v'
❖ 在导体表面上，电流密度总是与面的法线垂直，故
它们的点乘积恒为零，即：
J (r') dS' 0
因此方程右边第一项恒为零。所以
B(r) 0
J (r') (r r')dV '
【解】场源电流与 、z无关，所以磁感应强度关于z 轴圆对称，只要选择同心圆积分回路，则在积分回 路上只存在B的切向分量，且数值相等。
恒定磁场的基本方程及分界面上的衔接条件
4.6 恒定磁场的基本方程及 分界面上的衔接条件
电工基础教研室 由佳欣
恒定磁场的基本方程
微分形式：
H
JC
B 0
恒定磁场是有旋场，电流密度是磁场 的涡旋源
恒定磁场是无源场，磁感应线是无头无尾 的闭合曲线，没有磁荷的存在
积分形式：
l
H
dl
I
S B dS 0
恒定磁场的环路线积分等于与积分路径 相交链的所有自由电流代数和
磁通连续性定理，由任一闭合面穿出的 净磁通等于零
物性方程： B H
各向同性、线性介质的构成方程。
分界面上的衔接条件
1. 磁场强度的切向分量
由场量闭合曲线S I
场量切向分量的衔接关系
n12
H dl l
l2 H2 dl
l1 H1 dl
H dl
取一闭合柱面，上下面分别位于介质1、2 中，且平行于界面，令 d 趋于0
ld
l
H2 t2l H1 t2l
媒质2
d
t2
t1
分界面
(H1 H2 ) t2l
媒质1
取一闭合曲线，上下边分别位于介质1、2中且平行于 界面，令高度 d 趋于0
分界面上的衔接条件
1. 磁场强度的切向分量
由场量闭合曲线的积分方程
场量切向分量的衔接关系
n12
S JCdS K t1l K (t2 n12 )l t2 (n12 K )l
由场量闭合曲面的积分方程
场量法相分量的衔接关系
S B dS 0
n12
左面=
S2 B2 dS
S1 B1 dS
B dS
S3
S2
B2 n12S B1 n12S (B2n B1n )S 右面 0
电工基础教研室 由佳欣
恒定磁场的基本方程
微分形式：
H
JC
B 0
恒定磁场是有旋场，电流密度是磁场 的涡旋源
恒定磁场是无源场，磁感应线是无头无尾 的闭合曲线，没有磁荷的存在
积分形式：
l
H
dl
I
S B dS 0
恒定磁场的环路线积分等于与积分路径 相交链的所有自由电流代数和
磁通连续性定理，由任一闭合面穿出的 净磁通等于零
物性方程： B H
各向同性、线性介质的构成方程。
分界面上的衔接条件
1. 磁场强度的切向分量
由场量闭合曲线S I
场量切向分量的衔接关系
n12
H dl l
l2 H2 dl
l1 H1 dl
H dl
取一闭合柱面，上下面分别位于介质1、2 中，且平行于界面，令 d 趋于0
ld
l
H2 t2l H1 t2l
媒质2
d
t2
t1
分界面
(H1 H2 ) t2l
媒质1
取一闭合曲线，上下边分别位于介质1、2中且平行于 界面，令高度 d 趋于0
分界面上的衔接条件
1. 磁场强度的切向分量
由场量闭合曲线的积分方程
场量切向分量的衔接关系
n12
S JCdS K t1l K (t2 n12 )l t2 (n12 K )l
由场量闭合曲面的积分方程
场量法相分量的衔接关系
S B dS 0
n12
左面=
S2 B2 dS
S1 B1 dS
B dS
S3
S2
B2 n12S B1 n12S (B2n B1n )S 右面 0
电磁场与电磁波恒定磁场ppt课件
J
，在空间中
激励的磁感应强度为
B(r )
0
4
J (r
|
') r
(rr'
|3
r
'
)
d
'
由于
两端对场点
坐标取散度
B
0
4
[
J (r
'
)
|
r r
rr'
'
|3
]d
'
|
r r
rr'
'
|3
(
|
r
1
r
'
) |
所以
B
0
4
[( |
r
1
r
'
) |
J (r
'
)]d
'
应用矢量恒等式：
2 0I r d 0I
0 2r
2
2
0 d 0I
图4.2.4 任意闭合环路与电流的关系
若积分的闭合环路不绕过I，如图4.2.4(b)所示，则上式的积分变成
B
dl
0I
B d
c
2 A
B A
闭合回路，当绕B行一dl周后，0BI
A
B
因此
d 0
c
2 A
安培提出：磁感应强度在空间任意闭合环路上的积分（即环流）
Im dIm M dl M d S
c
s
又因为
Im Jm dS M dS
a
sin )
0 SI 4
c
os
r2
0 SI 4
( az ar r2
静态电磁场I恒定电流的电场和磁场.pptx
5. 矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程
1. 恒定磁场的矢量磁位 矢量磁位的定义
矢量磁位或称磁矢位
由 B 0
B A
即恒定磁场可以用一个矢量函数的旋度来表示。
3.利用矢量磁位A计算磁场
体电流分布:
A(r) 0 Jc (r' )dV '
4 V ' r r'
面电流分布:
A(r) 0 K (r' )dS '
4 S' r r'
线电流分布:
A(r) 0 I dl'
4 l' r r'
由于元电流矢量产生相同方向的元矢量磁位,故与基于B的分析计算相比，相 对较为简单，尤其在二维磁场(平行平面或轴对称磁场)。
dV
'
毕奥-萨伐尔定律（矢量积分关系式）
第21页/共59页
3.3.4 毕奥-萨法尔定律（矢量磁位）
根据导体中电流分布的不同形态：
体电流密度矢量 Jc v 面电流密度矢量 K v 线电流密度矢量 I v
元电流密度矢量 dqv
JcdV KdS Idl dq
因此，面、线电流分布情况下的磁感应强度为：
Jc dS 0
S
J1n J2n
E dl 0
l
E1t E2t
对线性各向同性媒质， J1 1E1 J2 2E2 (2) 良导体与不良导体分界面上的边界条件
tg1 1 tg2 2
1 2 1 90 o
2 0o
J2
n
例如，钢的电导率 1 = 5106 S/m，周围
2
土壤的电导率2 = 10-2 S/m，1 = 89， 可知，2 8。
sin2
e
磁场中的磁介质ppt
第五版
一、 H矢量的安培环路定理
几点说明
15
磁场中的介质
H dl I0
L
（1）只与传导电流有关，与束缚电流无关
（2） H 与 D 一样是辅助量，描述电磁场
ED
B H
B 0 H
9
（3）在真空中： M 0 r 1
第五版
15
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. 由于磁滞， H 0 时，磁感强度 B 0 Br 叫做剩余磁感强 ， 度(剩磁).
Bm
H m Br
B
Q
P
Hm
H
O
P
'
Hc
Bm
磁滞回线 矫顽力
Hc
17
第七章 恒定磁场
r
第七章 恒定磁场
13
物理学
第五版
15
磁场中的介质
解 rd R
B H
dR
0 r I
H dl I
l
2π dH I
2π d H dl I I 0
l
r
I
2π dH 0 , H 0
d
I
B H 0
同理可求 d r , B 0
物理学
第五版
15
磁场中的介质
3 铁磁性材料 不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.
B B B
O
H
O
H
O
H
软磁材料
硬磁材料
第七章 恒定磁场
矩磁铁氧体材料
物理学稳恒磁场课件
B内ab 由安培环路定理
0
N l
abI
n N l
b B内a
c d
B 0nI
均匀场
由安培环路定理可解一些典型的场
无限长载流直导线
密绕螺绕环
匝数
B 0I 2 r
Ir
B 0 NI 2 r
无限大均匀载流平面
B 0 j
2
(面)电流的(线)密度
场点距中心
的距离 r
电流密度
I
Idl
B dF
安培指出 任意电流元受力为
dF Idl B
安培力公式
整个电流受力 F Idl B
l
例1 在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线， 电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角 =30°，求此段圆弧电流受的磁力。
解：在电流上 任
ab 2R
取电流元 Id l
(b)
洛 仑兹力是相对论不变式 B 磁感强度
(Magnetic Induction)
或称磁通密度 (magnetic flux density) 单位：特斯拉(T)
§3 磁力线 磁通量 磁场的高斯定理
一.磁力线
1. 典型电流的磁力线
2. 磁力线的性质
无头无
与电流
与电流成右
尾 闭 套连
手螺旋关系
合二曲. 线磁通量
IS
(体)电流的(面)密度
如图 电流强度为I的电流通过截面S
若均匀通过 电流密度为 J I S
(面)电流的(线)密度
I
如图 电流强度为I的电流通过截线 l
l
若均匀通过 则
j I l
§6 磁力及其应用
一 1..洛带仑电兹粒力子在磁f场m 中受qv力
第五-恒定磁场【共42张PPT】
B0 J
此式表明，真空中某点恒定磁场的磁感应强度的旋度等于该点的电流密度与真空 磁导率的乘积。
另外，由高斯定理获知
SBdSVBdV
那么，根据磁通连续性原理求得
VBdV0
由于此式处处成立，因此被积函数应为零，即
B0 此式表明，真空中恒定磁场的磁感应强度的散度处处为零。
综上所述，求得真空中恒定磁场方程的微分形式为
可见，无源区中磁感应强度B 是无旋的。
无
考虑到
，求得
关。为了计算方便起见，令所求的场 对于大多数媒质，磁化强度 M 与磁场强度 H 成正比，即
a 为物理无限小体积。
r - r' y 可见，矢量磁位 A 满足矢量泊松方程。
r' 当两者垂直时，受到的力矩最大。
e 点位于xz 平面，即 ' 在设小外电加流磁环场为四的根作长用度下为，l 的除电了流引元围起成电的子平进面方动框以，外电，流磁方' 向偶如极左子下的图示磁。矩方向朝着外加磁场方向转动。
例1 计算无限长的，电流为I 的线电流产生的磁感应强度。
z
dl
r′ r - r′
o
y
r e
x
I
解 取圆柱坐标系，如图示。令 z 轴沿电 流方向。 dl(rr)的方向为B 的方向。那 么，由图可见，这个叉积方向为圆柱坐标 中的 e 方向。因此，磁感应强度 B 的方 向为 e 方向，即
B Be
此式表明，磁场线是以 z 轴为圆心的一系列的同心圆。显然，此时磁场分布以 z 轴 对称，且与 无关。又因线电流为无限长，因此，场量一定与变量 z 无关，所 以，以线电流为圆心的磁场线上各点磁感应强度相等。因此，沿半径为r 的磁场线上 磁感应强度的环量为
恒定磁场分析
真空中本构关系
7
求证：
证 明:
∫
ur r B ds = 0
Q
ur µ B= 0 4π
∫
r ur Id l × R R3
r r u r r µ0 Idl × eR r ∴ ∫ B ds = ∫ ∫ c R2 d s s 4π
又Q
uv ur uv uv ur uv A× B C = A B×C
23
2、磁偶极子的标量位（解释P116） 磁偶极子的标量位（解释 ） 在无源区域（ 在无源区域（只有无源 ∇ × H = J＝0 uu r 区域才定义标量位）： 区域才定义标量位）： ∇×H =0 uu r H = −∇ ϕ m 由下面式子
P ( r ,θ , 0 )
µ0 µ0 1 A = p m × e r = − p m × ∇ 2 4πr 4π r B、幂级数近似） 与求电偶极子类似的方法（余弦定理、幂级数近似）可以得到 磁偶极子的矢量位和标量位： 磁偶极子的矢量位和标量位：
µ0 µ0 1 A= p m × er = − p m × ∇ 2 4πr 4π r
的距离，是标量。 其中 r 为场点 P 到磁偶极子中心 O 的距离，是标量。
这表明恒定磁场是无散有旋场， 这表明恒定磁场是无散有旋场， 无散有旋场 传导电流是其旋涡源。 传导电流是其旋涡源。
13
5－2、内、外半径分别为 a、b 的无限长空心圆柱中，均匀 － 、 、 的无限长空心圆柱中， 分布着轴向电流 求柱内、外的磁场强度。 I ，求柱内、外的磁场强度。
解：使用圆柱坐标系。电流密度沿轴线方向为 使用圆柱坐标系。
12
3、真空（介质）中磁场的基本方程： 真空（介质）中磁场的基本方程：
∫sB • d s = 0 , ∇•B =0 , ∇×H = J ∫c H • d l = I B = µ0H B = µH
7
求证：
证 明:
∫
ur r B ds = 0
Q
ur µ B= 0 4π
∫
r ur Id l × R R3
r r u r r µ0 Idl × eR r ∴ ∫ B ds = ∫ ∫ c R2 d s s 4π
又Q
uv ur uv uv ur uv A× B C = A B×C
23
2、磁偶极子的标量位（解释P116） 磁偶极子的标量位（解释 ） 在无源区域（ 在无源区域（只有无源 ∇ × H = J＝0 uu r 区域才定义标量位）： 区域才定义标量位）： ∇×H =0 uu r H = −∇ ϕ m 由下面式子
P ( r ,θ , 0 )
µ0 µ0 1 A = p m × e r = − p m × ∇ 2 4πr 4π r B、幂级数近似） 与求电偶极子类似的方法（余弦定理、幂级数近似）可以得到 磁偶极子的矢量位和标量位： 磁偶极子的矢量位和标量位：
µ0 µ0 1 A= p m × er = − p m × ∇ 2 4πr 4π r
的距离，是标量。 其中 r 为场点 P 到磁偶极子中心 O 的距离，是标量。
这表明恒定磁场是无散有旋场， 这表明恒定磁场是无散有旋场， 无散有旋场 传导电流是其旋涡源。 传导电流是其旋涡源。
13
5－2、内、外半径分别为 a、b 的无限长空心圆柱中，均匀 － 、 、 的无限长空心圆柱中， 分布着轴向电流 求柱内、外的磁场强度。 I ，求柱内、外的磁场强度。
解：使用圆柱坐标系。电流密度沿轴线方向为 使用圆柱坐标系。
12
3、真空（介质）中磁场的基本方程： 真空（介质）中磁场的基本方程：
∫sB • d s = 0 , ∇•B =0 , ∇×H = J ∫c H • d l = I B = µ0H B = µH
恒定磁场的基本方程
3
r
)dV
B 0 4
s
K(
r)( r r r3
r
)
dS
例1 试求无限长直载流导线产生的磁感应强度。
解 采用圆柱坐标系，取电流Idl
Z' dl
R
O
θ P dB
ρ
dl = dzez eR sinez + cose
dl eR dz cose R2 2 z2
反之，
tan2
0 1
tan1
1
r
tan1
0
2 0
它表明只要铁磁物质侧的B不与分界面平行，那么
在空气侧的B 可认为近似与分界面垂直。
实际上，如果铁磁物质侧的B与分界面平行，由
H2t
ห้องสมุดไป่ตู้
H1t ， B2
B2t
0H1t
0
B1t
1
B1
r
0 。既然B2＝0，
也就无所谓垂直或平行了。因此不管什么情况，
总可以认为：铁磁物质表面，空气侧的B 近似与分 界面垂直。
在分析磁场时，上述规律对于确定边界条件十 分有用。
直观感觉： 实验结果：
dB
Idl R?
dB
k
Idl eR R2
大小：
Idl k R2
方向：
I (r')
. R(r - r') dB P (r)
r'
dl eR
r
.
O(0, 0, 0)
磁感应强度 B
B 0 4
I 'dl eR l R2
3.6磁介质中的场方程3.7恒定磁场的边界条件
2 rH I 2 rdr 0 a2 Ir H e 2 a 2
r
当a r b时
Ir B 0 H e 0 2 , M 0 2 a
a
b
c
H dl I H e I 2 r
c
I 2 r 0 I B M H e 0 0 2 r
在r=a处的磁化面电流为
J ms
பைடு நூலகம்
r a
M n
r a
M (er )
r a
0
在r=b处的磁化面电流为
J ms
r b
M n
r b M er
r b ez
0 I 0 2 b
3.7 恒定磁场的边界条件
n b
n
n
lo
S
1
B1n 1
2
B1
1 a
h
H 1t
l
1
H1 b
2
B2
B2 n
图1
2 d
H2 H 2t
2
c
图2
H1t H 2t J s H1t H 2t ( J s 0)
B1n B2 n
静电场
D1n D2n s D1n D2n ,( s 0)
E1t E2t
1 2 2 s n n 1 1 2 2 , ( s 0) n n
第三章 恒定电流 的电场和磁场
3.6磁介质中的场方程 3.7恒定磁场的边界条件
主要内容
磁介质的磁化机理 磁化电流（体电流、面电流）的计算 磁介质中的基本方程 磁介质中的本构关系 恒定磁场中 B, H , 满足的边界条件
r
当a r b时
Ir B 0 H e 0 2 , M 0 2 a
a
b
c
H dl I H e I 2 r
c
I 2 r 0 I B M H e 0 0 2 r
在r=a处的磁化面电流为
J ms
பைடு நூலகம்
r a
M n
r a
M (er )
r a
0
在r=b处的磁化面电流为
J ms
r b
M n
r b M er
r b ez
0 I 0 2 b
3.7 恒定磁场的边界条件
n b
n
n
lo
S
1
B1n 1
2
B1
1 a
h
H 1t
l
1
H1 b
2
B2
B2 n
图1
2 d
H2 H 2t
2
c
图2
H1t H 2t J s H1t H 2t ( J s 0)
B1n B2 n
静电场
D1n D2n s D1n D2n ,( s 0)
E1t E2t
1 2 2 s n n 1 1 2 2 , ( s 0) n n
第三章 恒定电流 的电场和磁场
3.6磁介质中的场方程 3.7恒定磁场的边界条件
主要内容
磁介质的磁化机理 磁化电流（体电流、面电流）的计算 磁介质中的基本方程 磁介质中的本构关系 恒定磁场中 B, H , 满足的边界条件
介质中的安培环路定律+恒定磁场的物性方程
结论：磁场中，磁场强度沿任 一闭合路径的线积分等于穿过 该回路所包围面积的自由电流 （不包括磁化电流）的代数和。
磁介质的物性方程
B 0 (H M )
磁介质的物性方程 反应介质的磁化特性
在各向同性、线性介质中： M M H
M ——媒质的磁化率，无量纲
B 0H M 0H 0 (1 M )H 0r H HV ຫໍສະໝຸດ V磁矩mi IS
Km M em Jm M
B 0(J c Jm ) B 0(H M )
M m H
B H 0r H
0r ——媒质的磁导率，单位 H m r 1 M 0 ——媒质的相对磁导率，无量纲
介质的极化
极化强度 P lim pi 0 V
电偶极距 Pi qil
p P em
p P
E f p a
D 0E P
P e0 E
D E 0rE
介质的磁化
磁化强度 M lim mi
4.5 介质中的安培环路定律
电工基础教研室 由佳欣
介质中的安培环路定律
B (BC BM ) 0(JC JM )
JM M
(
B
0
M)
J
C
KM
M
JM JC
0
令 H B M
0
磁场强度
单位：A/m
则 H JC
恒定磁场中任一点上磁场强度的旋 度等于该点的传导电流面密度
斯托克斯定律
H JC
l H dl I
第12章 磁介质中的恒定磁场
抗磁质： r < 1 强磁性介质：
铁磁质： r >> 1 B>> Bo B与Bo同向 完全抗磁体： r = 0 B=0
磁介质内磁场等于零（如超导体）
以长直螺线管为例介绍磁化电流:
介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其 宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这 种电流称为“磁化电流”（Is ）。
b -Hs
nI
a
c O
f e
Hs
H
max
d
磁滞效应：B跟不上H的变化
O
H
磁滞损耗：与回线面积正比
铁磁材料按磁滞回线分类
B B
B HOHFra bibliotekOO
H
软磁材料
磁滞损耗小， 容易磁化，容易 退磁，适用于交 变磁场。如制造 电机，变压器等 的铁芯。
硬磁材料
适合于制 造永磁体
矩磁材料
适合于制作 记录磁带及计 算机的记忆元 件
铁磁性的磁畴理论:
铁磁质内部相邻原 子的磁矩会在一个 微小的区域内形成 方向一致、排列非 常整齐的 “自发磁 化区”，称为磁畴。 磁畴大小： 10 10 ~ 10 8 m 3 磁畴所含分子数：
10 ~ 10
17
21
B
磁化过程：
H
自发磁化
畴壁移动 磁矩转向 • 磁滞现象：撤去外场，磁壁很难 完全恢复原状，保留部分磁性， 这就是剩磁。 • 居里点：当温度升高到居里点时， 剧烈的热运动使磁畴全部瓦解， 铁磁质就成为一般顺磁质。
磁饱和状态
H dl I 传
L
B H r 0 H
注： （1）环流只与传导电流有关，与磁化电流无关
恒定电流的电场与磁场参考PPT
R 1 G
如果同轴线的长度为l，总的漏电阻为R/l
18
二、特定等位面之间导体材料电阻的计算 计算步骤： (1) 假设两电极间流过的电流I,然后按
I J E U R 的步骤计算。
(2) 假设两电极的电压U，然后按
U E J I R 的步骤计算。
19
例2 设一段环形导电媒质，其形状及尺寸如图示。计
13
当恒定电流场与静电场的边界条件相同时，电 流密度的分布与电场强度的分布特性完全相同
可以利用已经获得的静电场 的结果直接求解恒定电流场
可用边界条件与静电场相同的 电流场来研究静电场的特性
静电比拟
14
例如，两电极间的电流场与静电场对应分布如下图示：
P
N
P
N
电流场
静电场
那么，利用已经获得的静电场结果可以求解恒定电流场。
2U
导电媒质中的电流密度 J 为
JE er e2 r U
那么由 的端面流进该导电媒质的电流 I 为
2IS JdSS e2 πr U ( etdr)
2πUtabdrr2πUltnb a
因此该导电块的两个端面之间的电阻 R 为
RV π
I 2t ln b
a
21
例：电导率为的无界均匀电介质内，有两个半径分别为R1 和R2的理想导体小球，两球之间的距离为d(d>> R1 ，d>> R2)，试求两小导体球面间的电阻。
解: 此题可采用静电比拟的方法求解。 ❖假设两小球分别带电荷q和-q，由于两球间的距离d>>R1 、 d>>R2 ，可近似认为小球上的电荷均匀分布在球面上。 ❖由电荷q和-q的电位叠加求出两小球表面的电位差，即可求 得两小导体球面间的电容， ❖再由静电比拟求出两小导体球面间的电阻。
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r
rdR 2π dH I
l
H
dl H
I I
2π d
d
I
R
B H 0r I
2π d
r
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
I
r
d
I
R
r
r d R B 0rI
2π d
d R l H dl I I 0
积分路径的不同而数值不同.
要消除mA 的有多值性，应规定所选的积分路径不 能与电流回路相交链。当然，标量磁位 mA 的有多值性
并不影响磁场强度 H的计算 .
q
v
F
m ' m 'Βιβλιοθήκη , B0同向时
q
m ' v F
,
B0
反向时
抗磁质内磁场 B B0 B'
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
2 磁化强度
M
m
V
分子磁矩 的矢量和
体积元
意义 磁介
质中单位体积内 分子的合磁矩.
单位（安/米） A m1
弱磁质
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
m
分子圆电流和磁矩
I
B B0 B'
顺 磁
I s
B0
质
的
磁
化
无外磁场
有外磁场
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 m 0
B0
m '
B0
抗
磁 质 的 磁 化
(I Im ) 0 (
I Jm dS) S
传导电流 分布电流
J m d S M d S M dl
S
S
C
C
(
B
0
M
)
dl
I
磁场强度
H
B
M
0
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
C
(
B
0
M
)
2π dH 0, H 0
B H 0
同理可求 d r , B 0
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场 三 介质中恒定磁场的基本方程
积分形式 微分形式 本构关系
S BdS 0 C H dl I S J dS
H J B 0
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
一 介质的磁化 1 磁介质 B B0 B'
磁介质中的 总磁感强度
真空中的 介质磁化后的 磁感强度 附加磁感强度
顺磁质 抗磁质 铁磁质
B B0
B
B0
B B0
（铝、氧、锰等） （铜、铋、氢等） （铁、钴、镍等）
dl
I
磁场强度
H
B
M
0
磁介质中的安培环路定律 H dl I l
利用斯托克斯定律有
C H dl S H d S I S J d S
积分路径是任意的
H J
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
1 标量磁位的定义
H J
在自由电流等于零的区域内 J 0
H 0
H m
标量磁位(单位：安培)
在均匀介质中
2m 0
B 0
标量磁位的拉普拉斯方程
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
在均匀介质中
2m 0
B 0
标量磁位的拉普拉斯方程
B H
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
H J
B A
B 0
A 0 J
使用矢量恒等式
A 2 A A
库仑规范 A 0
无源区域
2 A 0 J
2 A 0
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场 四 标量磁位
P 若 m 是体积 V 中的平均磁矩，N 是分子密度，则磁
化强度也可表示为
M N Pm
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
3 磁化电流
介质磁化后，介质中的分子电流合起来可在介质体内 和介质表面产生净束缚电流（亦称磁化电流），磁化电 流产生的磁场等效于所有的磁偶极子产生的磁场的总和.
各向同性磁介质 M m H （m 磁化率）
H
B
0
M
B
0
mH
相对磁导率 r 1 m
B 0 (1 m )H
1 顺磁质
r 1 抗磁质
磁 导 率 0r
1 铁磁质
（非常数）
各向同性磁介质
B 0r H H
磁介质的本构关系
在非均匀介质中,引入磁荷的概念后，磁标位满足泊 松方程，即
2m m
式中
m M
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
2 标量磁位的多值性 定义磁场中任意两点A、B之 间的磁压为
B
UmAB A H d l mA mB
令B点为零磁位（mB 0），则A点的磁位mA 会因
等效的体磁化电流密度和面磁化电流密度分别为：
Jm M J sm M n
介质表面 的外法向
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
二 介质中的安培环路定律 有介质的情况下，由于介质内部存在磁化电流，此时， 应将真空中的安培环路定律修正为如下形式：
l B dl 0
3–4 介质中恒定磁场的基本方程 第三章恒定电流的电场和磁场
r 例 有两个半径分别为 R 和 的“无限长”同
轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 r 的
磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流I 时，试 求
（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的
大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的
磁感强度.
I
解 对称性分析