《清华大学电磁学》PPT课件

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1、2005年春季学期陈信义编第9章磁场中的磁介质电磁学（第三册）1§9.1磁介质对磁场的影响§9.2分子的磁矩§9.3磁介质的磁化§9.4H的环路定理§9.5铁磁介质§9.6简单磁路目录【演示实验】巴克豪森效应、磁滞回线、居里点2§9.1磁介质对磁场的影响—相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质3抗磁质（例如铜）顺磁质（例如铝）铁磁质（铁、钴、镍及其合金，铁氧体）且与B0有关坡莫合金纯铁硅钢工程上取介质的磁性4§9.2分子的磁矩1、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩相对论效应zL-e,rpl轨道磁矩轨道角动量mevS:自旋角

2、动量L:轨道角动量53、磁矩的量子化角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数的整数或半奇数倍。磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此，磁矩也是量子化的。电子磁矩的取值，等于玻尔磁子的整数倍。65、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和－“分子电流模型”经典电磁学：用圆电流等效固有磁矩I4、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍原子核的磁矩可以忽略。核磁子玻尔磁子71、顺磁介质§9.3磁介质的磁化分子具有固有磁矩固有磁矩趋向外磁场方向表面出现束缚(磁化)电流加强磁场一、磁化的机制82、抗磁介质但是，电子

3、磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁场反向的感生磁矩。分子固有磁矩(电子轨道、自旋磁矩的矢量和）为零。出现反向的表面束缚电流减弱磁场9感生磁矩和外磁场反向，减弱磁场。感生磁矩的解释—磁矩进动10但感生磁矩<<固有磁矩所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖。顺磁介质也有抗磁性。3、铁磁质电子自旋磁矩自发平行排列，形成磁性很强的磁化区域—“磁畴”，强磁场。11二、磁化强度矢量各向同性线性介质（顺磁、抗磁、线性区域的铁磁介质）—描述介质磁化的程度121、束缚电流面密度总磁矩：束缚电流面密度：三、束缚电流的计算13—表面

4、外法线单位矢量考虑束缚电流的方向：束缚电流面密度：14与dl铰链（套住）的束缚电流2、束缚电流体密度15证明：凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl铰链16L包围的总束缚电流：【例】均匀磁场均匀介质束缚电流体密度：均匀磁场中均匀介质无体束缚电流。17§9.4H的环路定理磁化电流：极化电流:一般情况18由安培环路定理移项得D?19定义磁场强度矢量：DH20H的环路定理：传导电流密度稳恒情况：“位移电流”密度微分形式：21稳恒情况的H环路定理：稳恒情况下，H沿任何闭合路径的线积分，等于与该路径“铰链”的自由电流的代数

5、和微分形式：22各向同性线性介质23有磁介质时计算磁场的分布：H（对称性分析)M教材P297－298例9.1,9.2B束缚电流24用B的高斯定理证明静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上B的法向分量连续，H的法向分量突变。m1m2nB2nB1n252、在两介质的（无传导电流）分界面上H的切向分量连续，B的切向分量突变。用H的环路定理证明：26B线在界面上的“折射”：27静磁屏蔽：部分磁屏蔽28静磁屏蔽：部分磁屏蔽29静电场和静磁场的比较静电场静磁场30§9.5铁磁介质1、基本性质：高值、非线性、磁滞

6、性2、磁化规律—B与H间的关系05101520磁强计磁强计A铁磁质31（1）起始磁化曲线磁导率与H有关非线性饱和性32在一个循环磁化过程中，单位体积磁滞损耗的能量与磁滞回线的面积成正比。（2）磁滞回线33（3）铁磁体分类软磁材料：磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。矩磁材料：“记忆”元件。硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永磁体。【演示实验】磁滞回线343、铁磁介质磁化机理磁畴（Magneticdomain）：电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域，10-12～10-8m3，含1017～1021个原子，磁化强度非常大。磁滞

7、的解释：掺杂、内应力、耗散。“畴壁位移”和“磁矩取向”过程不可逆。磁致伸缩：畴壁位移和磁矩取向，改变晶格间距（体积）。居里点：温度T>TC磁畴瓦解、铁磁质顺磁质。【演示实验】居里点【演示实验】巴克豪森效应35简单磁路：磁场基本集中在铁芯内部，忽略漏磁。由铁芯（磁隙）构成磁力线的通路－磁路。IB0BS0C教材p307例9.336IB0BS0C磁通37全磁路欧姆定律：IB0BS0C磁隙38