清华大学陈信义教授 电磁学(第三册)课件(完整版)电磁学(第三册)第9章 磁场中的磁介质
38页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,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,3,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,S:自旋角动量,L:轨道角动量,5,3、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。,6,5、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,4、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。,7,1、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,8,2、抗磁介质,但是,电子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
2、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,描述介质磁化的程度,12,1、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,16,L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。,17,9.4 H 的环路定理,磁化电流:,极化电流:,18,由安培环路定理,移项得,?,19,定义磁场强度矢量:,20,H 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:,微分形式:,22,23,有磁介质时计算磁场的分布:, H(对称性分析), M,教材 P 297298 例9.1, 9.2, B,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。
3、,25,2、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:,26,B 线在界面上的“折射”:,27,静磁屏蔽:,部分磁屏蔽,28,29,静电场和静磁场的比较,30,9.5 铁磁介质,2、磁化规律B与H间的关系,铁磁质,31,(1)起始磁化曲线,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,34,3、铁磁介质磁化机理,磁畴(Magnetic domain):电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域,10-1210-8m3,含10171021个原子,磁化强度非常大。,磁滞的解释: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。,教材p307 例9.3,36,磁通,37,全磁路欧姆定律:,38,
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