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大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质ppt课件

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电磁学 09 磁介质.ppt

电磁学 09 磁介质.ppt

例1 一半径为 R 的无限长圆筒形导体壁，通电流 I。
筒外有一层厚为d 、磁导率为μ的均匀顺磁性介质，介
质外为真空。试画出此磁场的 H-r 图及 B-r 图。（要求：
在图上标明各曲线所代表的函数值及端点的坐标）
解：电流与磁介质轴对称均匀 R+d
导体壁
分布，磁场沿切向，且与轴等
R
介质
距处大小相等。
真空
I0内：传导电流 I内：磁化电流
由于:磁化电流和磁介质磁化的程度有关，而磁化的程 度又决定于总磁场，所以:磁介质和磁场的相互影响呈 现一种比较复杂的关系。
（1） 磁场强度
将 I内
dl L
0(
I0内
LML(Bd0Bl0 代M入M叫上)式磁 d，场l强得度 。则I0内
② B 0H
即 µr 为变量，表示铁磁质；
③
② µr 略>1，为顺磁质； o
H
③ µr略<1 ，为抗磁质。
本章结束
本次课小结：
了解磁介质在磁场中的磁化。 掌握磁介质的分类（重点）。 掌握磁场强度及其环路定理（重点）。 掌握铁磁质的特性、回线、分类和应用。
作业 教材（ P109 ）
15-1，15-2 练习：习题集（磁学 ）
微观上如何解释磁介质对外磁场的影响？（了解）
4. 电子的磁矩
轨道运动电流： I

e
2r
轨道磁矩： m
IS
er
2
L
I
●
-m

轨道运动角动量： L mer
二者关系：m e L 该式对一个原子内
所有电子的轨道磁矩和2m总e 角动量也成立。
电量子子力自学旋给磁出矩总和轨自道旋角角动动量量是S（量子S 化的/ ：2 ）L的关系n：

最新第九章-磁介质电磁学PPT课件

最新第九章-磁介质电磁学PPT课件
(A)796 (B)398 (C)199 (D)63.3
B n I 1 1 0 0 0 2 5 1 0 4 T m / A
r
0
398
例3 同轴电缆由一导体圆柱(半径为a)和同轴导体16
园管(内外半径为b、c)构成，二者之间充满磁介
质，电流I从导体圆柱流去，从导体管流回，求磁
感应强度分布。
可用于制作激振器、超声波发生器等。
小结
静电场与稳磁场比较
29
静电场
稳恒磁场
场源 静止电荷dq 场力 静电力 基本规律 库仑定律
物理量
电E场强度F E q0
典型场源 电偶极子 pql
稳定电流 Idl 定常运动电荷 稳流导线互作用 运动电荷互作用
安培力定律
磁感应强度B FqvB
圆电流
pmI0Sn
静电场
解 电流轴向分布，磁力线为同心圆。
选磁力线为积分环路
H dlH 2 r L 1
对所有磁力线环路成立
H dlH 2 r
L 1
H dlH 2 r
L 2
H dlH 2 r L 3
L1
L1 L2 L3
闭合环路包围的传导电流
17
a I2r2Ia r2
(对 L3)
Ii
I
(对 L 2)
I
I(c2 b 2)
r 1m ,0r .
B 0 rH H
3.若 相得有真传 等介空B 导 ，0质 中故 电时M 在 流0 的H 介 保高0 质持或斯 中，不定H有由变律B ，H B 0o则真H B 00空 中M B 和0 0 介质rB 中0 的H 12
B B 0 B 磁 力 线是闭
B d S ( B 0 B ) d S 0

磁场中的磁介质

磁场中的磁介质
矩
e ev 电子电流 I 2r / v 2r ev evr 2 m IS r 2r 2
m en
I S
e L 2m e
角动量 L me vr
二、原子的磁矩
2.电子的量子轨道磁矩
h L m, m 0,1,2, 1.05 10 34 J S 2 e 24 一个可能的值 m 9.27 10 J / T 2m e
分子电流为
dI n a 2 dr cos i
n m dr cos
M dr cos M dr


dI M dr
三、磁介质的磁化
若 dr 选在磁介质表面，则 d I 为面束缚电流。
面束缚电流密度
dI M cos M r j dr
电流为i，半径为 a，分子磁 矩为 m ,任取一微小矢量 dr 2 a 元 dr ，它与外磁场 B 的夹角 m i 为，则与 dr 套住的分子电 流的中心都是位于以为 dr 轴、 以 a2 为底面积的斜柱体内。 i
m
B
三、磁介质的磁化
若单位体积内的分子数为n ，则与 dr 套连的总
2.磁化强度
单位体积内分子磁矩的矢量和称作磁介质的 磁化强度。 mi M V
单位 安每米（A/m）
3.实验规律
实验发现，在外磁场不是很强时，对所有磁 介质
r 1 M BB
0 r
三、磁介质的磁化
3.束缚电流与磁化强度之间的关系
以顺磁质为例 , 等效分子
电子的自旋磁矩（内禀磁矩） 电子自旋角动量 内禀磁矩
s 2
玻尔磁子
e e mB s 9.27 10 24 J / T me 2me

高二物理竞赛磁场中的磁介质PPT(课件)

高二物理竞赛磁场中的磁介质PPT(课件)

§8-8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
一、磁化强度
反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。
磁化强度：单位体积内所有分子磁矩的矢量
和 m 加上附加磁矩的矢量和 m，称为磁化
强度，用 M表示：
M m m V
磁化强度的单位：A/ m
磁化强度：M m m V
注意：对顺磁质 对抗磁质
(3)磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映， (4)由实验，对各向同性均匀磁介质，有
磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应；
并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。
三、磁化强度与磁化电流的联系 磁化面电流密度
设无限长直螺线管中充满均匀磁介质。设圆柱体长
为 L，截面积为 S，表面的磁化电流为 I S ，单位长度
质性质有关，是无单位的纯数。
m 0,顺磁质 m 0,抗磁质
(5)由
H
B
0
M 得
B0H0M
将 M代m入H上式得：
B0H0M0H0mH
01mH
令 1m r
则有
——适用于各
B0 rHH向同性磁介质
➢对真空、 导体，磁场 ： 由 M 0 , 所 于 B 0 H ,以 m 0 ,r 1
0 电流 I 由中心导体流入，由外面圆筒流出。
顺磁质分子(类有极分子)，每个分子的分子磁矩不为零，即分子磁矩
外磁场为零，磁化强度为零。
定义磁场强B度矢量 ： H M
0
有介质存在时的安培环路定理为
LHdl I
磁场强度 H沿任一闭合回路的环流，等于闭
合回路所包围并穿过的传导电流的代数和，而在 形式上与磁介质中磁化电流无关。
2R1 抗磁质：分子磁矩为0。

磁场中的磁介质ppt

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

大学物理电磁学部分磁介质的磁化和介质中的安培环路定理省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

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cd
da
∵在bc和da段途径上 H dl , cos 0
19
H dl H dl 0
bc
da
因为 cd 段处于真空中，真
a
B ab H b
空中旳M = 0；B = 0 ，
有 H dl 0
d
c d
Ic
cd
H dl H dl Hdl cos H dl H ab I c
r
介质中旳磁感应强度
磁介质旳分类
是真空中旳r倍。
顺磁介质：B B 0 , r 1
抗磁介质: B B0,0 r 1
铁磁介质: B B0 , r 1
2
2.磁介质旳磁化机制
类似电介质旳讨论，从物质
i
电构造来阐明磁性旳起源。
S
N
相当于一 磁偶极子
整个分子磁矩是其中各个电子旳轨道磁矩和自旋磁 矩以及核旳自旋磁矩旳矢量和（核自旋磁矩常可忽视）
顺磁质：由具有固有磁矩旳分子构成。分子中各电子旳 磁矩不完全抵消，整个分子具有一定旳固有磁矩。
抗磁质：分子中各电子旳磁矩完全抵消，整个分子不 具有固有旳磁矩。
1.顺磁质旳磁化机制 磁介质是由大量分子或原子构成，无外场时，顺磁
质和分子旳m磁 矩。0排列杂乱无章，介质内分子磁矩旳矢量 3
有外磁场时，这些分子固有磁矩
m
0,
m 0
7
二、磁化强度
表征物质旳宏观磁性或介质旳磁化程度旳物理量。
1.定M义： 单位Vm体i 它积与内介分质子特磁征矩、旳温矢度量与和。统计规律有关。
其中：mi 是第i个分子旳磁矩；
V宏观无限小微观无限大；
顺所磁以质B与'M与B0同B同0方向向，
方向：与分子磁矩矢量和同向。

磁场中磁介质.ppt

箭头表示 磁化方向
铁磁质的特性
1. 磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和H 不是线性关系。
2. 有很大的磁导率。 放入线圈中时可以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。
4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。
三 铁磁质的应用 (1)软磁材料
单位长度上的导线匝数为n。
求：环内的磁场强度和磁感应强度
解：
H
L
dl

H 2r

NI
H NI nI
r
2r
O
B H 0r H
例2 一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流 I
均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为μ，柱
外为真空。
求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。
静磁场（稳恒磁场）
BH

S B dS 0
L H dl I0 B H
12-3 铁磁质 一 铁磁质的磁化规律
电流表
A
测量H
换 向 开 关
测量磁滞回线的实验装置
测量B 的探头 螺绕环 （霍尔元件）
铁环 狭缝
0 5 10 15 20
磁强计
电阻
A
1、磁化曲线
I
解： r R
LH dl H 2r I
r2 R2 I
Ir
Ir
H 2R2 B 2R2
R
I
0
H
r
r R H2r I
H I B 0I
2r
2r
I R
0
r
H
B

大学物理《电磁学》PPT课件


电场和磁场都由电荷产生，也都由电荷的受力 情况来检验。那么，这两种场之间到底有什么本质 的区别呢？
众所周知，电荷的静止与运动都是相对观察者 而言的，我们对运动与静止的描述依赖于所选择的 参照系，这样看来，电场和磁场的区别，也只有相 对意义了。
具体地说：给定一试验电荷，在不同的参照系 上，测定该试验电荷的受力情况从而辨认其周围空 间的电场和磁场，所得描述结果是不同的。
作用于
运动电荷 B
产生
三、磁感应强度(Magnetic Induction)
1. 磁感应强度 B 的定义：
对比静电场场强的定义 F q0 E
将一实验电荷射入磁场，运动电荷在磁场中 会受到磁力作用。
实验表明
① Fm v
② Fm q0v sin
2
时Fm达到最大值
Fm
q0
v
θ＝0 时Fm= 0，
①方向：
曲线上一点的切线
方向和该点的磁场方
B
向一致。②大小：ຫໍສະໝຸດ 磁感应线的疏密反映磁场的强弱。
③性质：
•磁感应线是无头无尾的闭合曲线，磁场中任
意两条磁感应线不相交。
•磁感应线与电流线铰链
通过无限小面元dS 的磁感应线数目dm与dS 的 比值称为磁感应线密度。我们规定磁场中某点的磁
感应强度的值等于该点的磁感应线密度。
i jk
F e 0 v y 0 e(v yBzi v yBxk )
Bx 0 Bz
Fz e v y Bx
Bx
Fz e vy
8.69 10-2 T
B
Bx2
B
2 y
0.1T
tan Bz 0.57
Bx
300
资料
原子核表面 中子星表面 目前最强人工磁场 太阳黑子内部 太阳表面 地球表面

高二物理竞赛磁介质的磁场PPT(课件)

一个磁畴中约有1012~1015个原子。
铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。磁 畴中的电子的自旋磁矩可以不靠外磁场而取得 一致的方向。
在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任 意物理无限小体积内的平均磁矩为零。
加外磁场后，磁畴转向磁畴体积变化 .
例1 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μr的磁介质.
场强度和磁感应强度。
解： H d l
H 2r NI
NI
H
NI
2r
nI
I
当环内是真空时 B0 0H
当环内充满均匀介质时
B H 0r H
B B0
r
§9-3 铁磁质 铁磁质： 铁、钴、镍、镝等物质 铁磁质基本特点： （1）相对磁导率不是常数，随外磁场的变化，
且r >>1.
（2） B—H不具有简单的线性关系.
不同的铁磁质有不同的居里温度Tc。
1）避开了磁化电流，使得环路积分只与传导电流相联系；
（3）在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场.
对于各向同性线性磁介质
例1 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μr的磁介质.
5、磁滞损耗
铁磁质在交变磁场中反复磁化，该过程中能量的 损失叫做磁滞损耗。 原因：磁畴反复变向时，由磁畴壁摩擦引起。 大小：磁滞损耗正比于磁滞回线面积
§9-2 磁介质中的磁场
有磁介质存在时，空间任一点的磁场
BB0B' 例1 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μr的磁介质.
总磁场 B遵从的规律 例1 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μr的磁介质.

第九章磁介质电磁学

(A)796 (B)398 (C)199 (D)63.3
B nI 1 1000 2 5104T m/A
r 0 398
例3 同轴电缆由一导体圆柱(半径为a)和同轴导体17
园管(内外半径为b、c)构成，二者之间充满磁介
质，电流I从导体圆柱流去，从导体管流回，求磁
感应强度分布。
解 电流轴向分布，磁力线为同心圆。
抗磁质，r 1 , B<B0（铅、铜、锌） 铁磁质，r 1 ,B>>B0 （纯铁、硅钢）
磁介质对磁场的影响来源于其内部机制。
某些磁介质的相对磁导率见书 P 287 表9.1
2. 原子的磁距
6
电子的磁矩
电子的轨道运动电流 I e v
I
m
2πr
S
轨道磁矩 m ev π r 2 evr
2πr
对各向 同性 的顺 磁质或 抗磁质，有
M H M mH ,
m
磁 化率
B 0 H 0 M 0 (H M ) 0(H m H )
0 (1 m )H 0 r H H
r 1 m , 0 r .
B 0r H H
3.若 相得有真传 等介空B导 ，0B质中故电时在流B0的H介0保高质持或B斯中，不定H有由变磁 律B，HB力0o则线真HB00是空闭 中MB和合00 介曲质线 r B中0 的
(3) 磁滞回线
22
铁磁质中 B 的变化总是 落后于外加磁场 H 变化,即 H=0时,B0的剩磁现象称为 磁滞现象。
dl B
)
( M)
0
H
B
M
为穿过回路的总电流
I I I M dl
0
0
dl I 0
为磁场强度 ， 单位：安/米
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由通有的传导电流得：H
NI
2R
实验测量B： 在螺绕环磁隙处测量
由 rBBo oBH
r
得出 r ~H曲线:
结论
II R H
(1) 2020/6/9 铁磁质的
大r物不电磁是学 第个9章常磁场数中的，磁介它质 是H
的函数。 16
11
(2) 磁滞回线 1) 起始磁化曲线
B
Br
Bs
饱和磁感应强度BS
Hc
2) 剩磁Br
1 r
2020/6/9
→铁磁质 如：铁、钴、镍等 大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
2
一、磁介质的磁化
1. 分子的固有磁矩
2. 磁化m 强v度I矢Se量vnM
v M
mvi
V
无外磁场
单位体积内分子 磁矩的矢量和
3.磁化强Leabharlann 矢量v Mv 与磁场B
的关系
2020/6/9
v M
1 v r
B 大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
H
3) 矫顽力Hc
Bs
B的变化落后于H，从而具有剩磁——磁滞效应
作业： 9.6 9.7 9.8 9.9
2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
17
12
补充题：螺绕环中心周长l = 10 cm，环上均匀 密绕线圈N = 200匝，线圈中通有电流I = 0.1A．管内充满相对磁导率μr = 4200的磁介 质．求管内磁场强度和磁感应强度的大小．
磁化强度M沿闭合回路的线积分等于 该202回0/6/9路包围的磁化电大物流电磁代学数第9和章 磁。场中的磁介质
L v l
j
×
nˆ
M 4
二、有介质时的高斯定理
介质中的磁感应强度：
vv v BB0B
无论是什么电流激发的磁场，其磁力线均 是无头无尾的闭合曲线。
∴ 通过磁场中任意闭合曲面的磁通量为零。
即：
mSBcosdSS2N rIco0sodS
dShdr
m
b a
NIhdr 2r
NIhln 2
b a
如果求通过螺绕环的总磁通量。则
N2Ih b
N 2 lna 2020/6/9
m
m
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
15
四、磁滞效应
1.磁化曲线
装置：环形螺绕环，用铁磁质
充满环内空间。
原理：根据安培定理
③ 理解和应用 路内总自由电流，路上总磁场强度
用v B
H的v 的环环路路定定理理求求Bv 的Hv 与方前法面完所全学相的同用。
（同样的应用条件；在相同载流体的情况下
，取同样的安培环路）
vv
三、H 和 B 的相互关系
v
vv
B r0 H H （点点对应关系）
相对磁导率 绝对磁导率
2020/6/9
第一层介质内 R1rR
I int I 1
Hv Ñ 根据 的安培环路定理 Hv dlv 2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
L
I11int
可得
H2
I1
2r
(R1rR)
同理可得
H3
I1
2r
(RrR2)
H4
(I1 I2)
2r
(r R2)
根据
v B
r
0
v H
v H
v
v
可得 B H (r R) 2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
7
磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比：
电极化现象(p原e 因ql)PP P与 0E(的 r1)关 E 系 DD SD 0.EdSP , q0
磁化现象(原pm因iSM ) M M与 B 的 r0r1B关 H 系 H(DSH .Bd0El) M , I0
r 0
有外磁场
3
v 4. 磁化强度矢量 M 与磁化面电流密度 j′的关系
介质的体积为：V lS
I′
M
M vm vjlSj
l
V Sl
更一般的证明为： v jM ve vn
即磁化电流密度等于磁化强度沿该表 面处的分量。
r M
B
5. 磁化强度M与束缚电流 I ′的关系 ev n
LM dlM l j l I
vv
Ñ BdS0
2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
5
三、有介质时的安培环路定理
v 1. 磁场强度 Hv
vB v H M
0
v 2. H 的环路定理
单位：安培/米(A/m)
vv
Ñ ①数学表达式
H dl
L
I0int
②物理意义
2020/6/9
沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合大路物径电磁学所第包9章 磁围场的中的磁自介质由电流的代数和。6
第九章 磁场中的磁介质
2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
1
磁介质对螺线管内的场有影响
其内总磁场是：
Bo
vvv
B B o B rB 0
I
定义:
r
B Bo
相对磁导率
B
I
r不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：
r1→顺磁质 如：氧、铝、钨、铂、铬等。
分 类
r1→抗磁质 如：氮、水、铜、银、金、铋等。
率为 的磁介质，求通过螺绕环横截
面的磁通量。
解： 作以螺绕环轴线为中心，半径 r的
圆周为安培环路。
根据
v H
的安培环路定理有
Ñ LH vdlvH2rIint NI
(arb) H N I B N I
2020/6/9
2 r 2 r 大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
14
通过螺绕环横截面的磁通量：
vv Hdl H2 r
Ñ 圆柱内
2020/6/9
L
I1
r R I R 1
int
2
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介1质
r2
I1 R 12
r2
10
v 根据 H
的安培环路定理
vv
Ñ Hdl L
Iint
有
H
2r
I1 R12
r2
H1
I1
2 R12
r
(r R1)
方向： 圆周切线方向，且与电流成右手螺旋
1
0 1 大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
12
1
v
v
B2 r10 H2
v
v
B3 2 H3
v
v
B4 0 H4
(R1rR) (RrR2)
(r R2)
方向： 圆周切线方向，且与电流成右手螺旋
2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
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例2 （5153） 截面为矩形的螺绕环共N匝，
内径为 a、外径为 b，环内充有磁导
的磁感应强度分布。 2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
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如果在圆柱体与圆柱面之间充有两层介质，
分界面半径 R。再求此载流系统的磁感应 强度分布。（第一层介质的相对磁导率为r1 第二层介质的磁导率为2 ）
安培环路形状：以载流体的轴线为圆心、半
径 r、且所围平面垂直轴
的圆周。
安培环路定理左边
2020/6/9
大物电磁学 第9章 磁场中的磁介质
(H B )
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I1 I2
I1 R1
R2
截面图（俯视）
例1 （5670） 一无限长载流圆柱体，其上
电流强度 I 1 ，方向沿轴线；圆柱体
半径 R 1 。此圆柱体外再罩一载流圆
筒，其上电流强度 I 2 ，方向与 I 1 相
反；圆柱面半径 R 2 。求此载流系统