電磁學(xué)介質(zhì)靜磁學(xué).ppt

1、1. 磁介質(zhì)的種類(lèi),11.7 介質(zhì)靜磁學(xué),電場(chǎng)中，電介質(zhì)極化后，在均勻電介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷，于是電介質(zhì)中的電場(chǎng)為,與此類(lèi)似，磁場(chǎng)中，磁介質(zhì)磁化后，在均勻磁介質(zhì)表面出現(xiàn)磁化電流，于是磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)為,一. 磁介質(zhì)和磁化強(qiáng)度,磁介質(zhì)是能夠影響磁場(chǎng)分布的物質(zhì)。,根據(jù)r的取值，可將磁介質(zhì)分為四類(lèi),式中, r叫磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率, 它隨磁介質(zhì)的種類(lèi)和狀態(tài)的不同而不同。對(duì)真空， r=1。, 無(wú)外加磁場(chǎng),(1)抗磁質(zhì)：,(2)順磁質(zhì)：,2. 抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的磁化,分子中電子運(yùn)動(dòng)的磁效應(yīng)可用一個(gè)圓電流(分子電流)來(lái)等效。,分子的熱運(yùn)動(dòng)， 取每一個(gè)方向的概率相等，故也不顯磁性。,分子中的電子受到洛侖茲力的作用

2、, 除了繞核運(yùn)動(dòng)和自旋外, 還要附加一個(gè)以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng), 從而形成進(jìn)動(dòng)。, 在外磁場(chǎng)中,(1)抗磁質(zhì)：,稱(chēng)為感應(yīng)磁化。,(2)順磁質(zhì)：,稱(chēng)為取向磁化。,右手螺旋,左手螺旋,無(wú)論順磁質(zhì)還是抗磁質(zhì)磁化后均在介質(zhì)表面產(chǎn)生磁化電流，也稱(chēng)束縛電流。,3. 磁化電流,單位體積內(nèi)分子磁矩(包括附加磁矩)的矢量和,4. 磁化強(qiáng)度,反映磁介質(zhì)的磁化程度。若在某介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)的 相同，就稱(chēng)為均勻磁化。,5. 磁化電流與磁化強(qiáng)度的關(guān)系,為簡(jiǎn)單起見(jiàn), 我們用長(zhǎng)直螺線(xiàn)管中的圓柱體順磁質(zhì)來(lái)說(shuō)明它們的關(guān)系。,設(shè)磁化電流線(xiàn)密度(即垂直電流方向單位長(zhǎng)度上的磁化電流強(qiáng)度)為J,則此磁介質(zhì)中的總磁矩為,按磁化強(qiáng)度的定義 ，有

3、,=磁介質(zhì)中所有分子磁矩的矢量和,即磁化電流線(xiàn)密度J 等于磁化強(qiáng)度M 的大小 。,取如一矩形閉合路徑l, 則磁化強(qiáng)度的環(huán)流為,是介質(zhì)表面外法線(xiàn)方向上的單位矢量。,閉合路徑l 所包圍的磁化電流的代數(shù)和,一般情況下, J=Msin, 是 與 間的夾角,可寫(xiě)成下面的矢量式:,二. 介質(zhì)中磁場(chǎng)的性質(zhì),1.有磁介質(zhì)的磁高斯定理,當(dāng)空間存在磁介質(zhì)時(shí)，空間各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)一樣，磁感應(yīng)線(xiàn)都是閉合曲線(xiàn)。因此，在有磁介質(zhì)存在的情況下，高斯定理成立：,2.有磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理,在磁介質(zhì)中, 安培環(huán)路定理應(yīng)寫(xiě)為,式中, Io內(nèi)和 I內(nèi)分別是閉合路徑 l 所包圍的傳導(dǎo)電流和磁化

4、電流的代數(shù)和。,由于:,定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量,這就是磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理。,實(shí)驗(yàn)表明,在各向同性磁介質(zhì)中：,其中m叫磁介質(zhì)的磁化率。,可證明1+m=r相對(duì)磁導(dǎo)率, or= 磁導(dǎo)率, 則,得到：,由：,得：,例11.7.1 同軸電纜：一根長(zhǎng)直同軸線(xiàn),兩導(dǎo)體中間充滿(mǎn)磁導(dǎo)率為 的各向同性均勻非鐵磁絕緣材料。傳導(dǎo)電流I沿導(dǎo)線(xiàn)向上流去,由圓筒向下流回，設(shè)電流在截面上都是均勻分布的。求同軸線(xiàn)內(nèi)外的磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的分布，以及貼導(dǎo)線(xiàn)的磁介質(zhì)內(nèi)表面上的磁化電流。,解: 由安培環(huán)路定理:,及 B= H,H2 r,I,0,B=0,= 0,緊貼導(dǎo)線(xiàn)的磁介質(zhì)內(nèi)表面處的磁化強(qiáng)度,磁化電流線(xiàn)密度,介質(zhì)內(nèi)表面處的總

5、磁化電流,例11.7.2 一充滿(mǎn)均勻磁介質(zhì)的密繞細(xì)螺繞環(huán)，,求: 磁介質(zhì)內(nèi)的,解:,取回路如圖，設(shè)總匝數(shù)為N,則,細(xì)螺繞環(huán) R1=R2=r,討論：設(shè)想把這些磁化面電流也分成每米103匝，相當(dāng)于分到每匝有多少？,2(A),充滿(mǎn)鐵磁質(zhì)后,作業(yè) 習(xí)題冊(cè)：習(xí)題二十 穩(wěn)恒磁場(chǎng)（七）,一.鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì),1. 高值,鑄鋼： r =5002200， 硅鋼： r =7000,坡莫合金： r =105,因此, 在外磁場(chǎng)中放入鐵磁質(zhì)可使磁場(chǎng)增加102104倍左右。,2. 非線(xiàn)性,相對(duì)磁導(dǎo)率r要隨磁場(chǎng)的強(qiáng)弱發(fā)生變化，因此B和H的關(guān)系是非線(xiàn)性的。,11.8 鐵磁性,3. 有磁滯(剰磁)現(xiàn)象,一般說(shuō)來(lái)，抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)

6、在外磁場(chǎng)消失時(shí)，磁性也消失。但鐵磁質(zhì)不同，外磁場(chǎng)消失后，還會(huì)保留部分磁性，這就是磁滯現(xiàn)象。,Br剩磁,Hc 矯頑力 (使鐵磁質(zhì)中的磁場(chǎng)完全消失所需加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小),磁滯回線(xiàn),硬磁材料,軟磁材料,特點(diǎn)：,磁滯損耗大，,適合制作永久磁鐵、磁心（記憶元件）等。,磁滯回線(xiàn)“胖”，,磁滯回線(xiàn)“瘦”，,磁滯損耗小，,適于制作交流電磁鐵、變壓器鐵心等。,特點(diǎn)：,二. 鐵磁質(zhì)的微觀解釋,鐵磁質(zhì)中起主要作用的是電子的自旋磁矩。各電子的自旋磁矩靠交換偶合作用使方向一致，從而形成自發(fā)的均勻磁化小區(qū)域 磁疇。,用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn),（1）零電阻現(xiàn)象：,當(dāng)物質(zhì)的溫度下

7、降到某一確定值TC（臨界溫度）時(shí)，物質(zhì)的電阻率由有限值變?yōu)榱愕默F(xiàn)象稱(chēng)為零電阻現(xiàn)象，也稱(chēng)為物質(zhì)的完全導(dǎo)電性。臨界溫度TC是一個(gè)由物質(zhì)本身內(nèi)部性質(zhì)確定的、局域的內(nèi)稟參量。若樣品很純，且結(jié)構(gòu)完整，超導(dǎo)體在一定溫度下，由正常的有阻狀態(tài)（常導(dǎo)態(tài)）急劇地轉(zhuǎn)為零電阻狀態(tài)（超導(dǎo)態(tài)），如圖的曲線(xiàn)。,超導(dǎo)體,同時(shí)具有完全導(dǎo)電性和完全抗磁性的物質(zhì)稱(chēng)為超導(dǎo)體。完全導(dǎo)電性和完全抗磁性是超導(dǎo)電性的兩個(gè)最基本的性質(zhì)。,1911年:卡茂林昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到268.98時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類(lèi)似的低溫下失去電阻的特性 1987年2月16日:美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)宣布，朱經(jīng)武與吳茂昆

8、獲得轉(zhuǎn)變溫度為98K的超導(dǎo)體 1987年2月20日:中國(guó)也宣布發(fā)現(xiàn)100K以上超導(dǎo)體。1987年3月3日，日本宣布發(fā)現(xiàn)123K超導(dǎo)體。 1996年改進(jìn)高溫超導(dǎo)電線(xiàn)的研究工作取得進(jìn)展，制成了第一條地下輸電電纜。歐洲電纜巨頭皮雷利電纜公司、美國(guó)超導(dǎo)體公司和舊金山的電力研究所共同把6000米長(zhǎng)的鉍、鍶、鈣、銅和氧制成的線(xiàn)纏繞到一根保持超導(dǎo)溫度的液氮的空管子上。,歷史,超群的超導(dǎo)磁體,超導(dǎo)計(jì)算機(jī),高溫超導(dǎo)薄膜,磁懸浮列車(chē),1933年，邁斯納（W.F.Meissner）和奧克森菲爾德(R.0chsenfeld)把錫和鉛樣品放在磁場(chǎng)中冷卻到其轉(zhuǎn)變溫度以下,測(cè)量了樣品外部的磁場(chǎng)分布.他們發(fā)現(xiàn),不論是在沒(méi)有外加磁場(chǎng)或有外加磁場(chǎng)的情況下使樣品從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài),只要T TC,在超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bi總是等于零的,這個(gè)效應(yīng)稱(chēng)為邁斯納效應(yīng).,（2）邁斯納效應(yīng),表明超導(dǎo)體具有完全抗磁性.這是超導(dǎo)所具有的獨(dú)立于零電阻的想象的另一個(gè)最基本的性質(zhì).邁斯納效應(yīng)可以用磁懸浮實(shí)驗(yàn)來(lái)演示.當(dāng)我們將永久磁鐵慢慢落向超導(dǎo)體時(shí),磁鐵會(huì)被懸浮在一定的高度上而不觸及超導(dǎo)體.其原因是,磁感應(yīng)線(xiàn)無(wú)法穿過(guò)具有完全抗磁性的導(dǎo)體,因而磁場(chǎng)受到畸變而產(chǎn)生向上的浮力.,例11.8.1 圖示為三種不同的磁介質(zhì)的BH關(guān)系曲線(xiàn)，其中虛線(xiàn)表示的是B=oH的關(guān)系。a、b、c各代表哪一類(lèi)磁介質(zhì)的BH關(guān)系曲線(xiàn)：,a代表 的BH關(guān)系曲線(xiàn)