磁介質(zhì)的磁化和介質(zhì)中的安培環(huán)路定理課件

磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理(第九章第1~4節(jié))1磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理磁場(chǎng)中放入磁介質(zhì)磁介質(zhì)發(fā)生磁化出現(xiàn)磁化電流一、磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象磁介質(zhì)的分類凡是能與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。在各向同性均勻介質(zhì)中：磁介質(zhì)內(nèi)部的總場(chǎng)強(qiáng)介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁介質(zhì):即稱為相對(duì)磁導(dǎo)率。產(chǎn)生附加磁場(chǎng)2磁場(chǎng)中放入磁介質(zhì)磁介質(zhì)發(fā)生磁化出現(xiàn)磁化電流一、磁介質(zhì)的磁化整個(gè)分子磁矩是其中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和（核自旋磁矩常可忽略）順磁質(zhì)：由具有固有磁矩的分子組成。分子中各電子的磁矩不完全抵消，整個(gè)分子具有一定的固有磁矩?？勾刨|(zhì)：分子中各電子的磁矩完全抵消，整個(gè)分子不具有固有的磁矩。1.順磁質(zhì)的磁化機(jī)制磁介質(zhì)是由大量分子或原子組成，無外場(chǎng)時(shí)，順磁質(zhì)分子的磁矩排列雜亂無章，介質(zhì)內(nèi)分子磁矩的矢量和。2.磁介質(zhì)的磁化機(jī)制類似電介質(zhì)的討論，從物質(zhì)電結(jié)構(gòu)來說明磁性的起源。NS相當(dāng)于一磁偶極子3整個(gè)分子磁矩是其中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及有外磁場(chǎng)時(shí)，這些分子固有磁矩就要受到磁場(chǎng)的力矩作用，等效Is⊙從導(dǎo)體橫截面看，導(dǎo)體內(nèi)部分子電流兩兩反向，相互抵消。導(dǎo)體邊緣分子電流同向,未被抵消的分子電流沿著柱面流動(dòng)。分子電流可等效成磁介質(zhì)表面的磁化電流Is，Is產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。分子磁矩的矢量和:力矩的方向力圖使分子磁矩的方向沿外場(chǎng)轉(zhuǎn)向。各分子磁矩都在一定程度上沿外磁場(chǎng)方向排列起來.4有外磁場(chǎng)時(shí)，這些分子固有磁矩就要受到磁場(chǎng)的力矩作加外磁場(chǎng)后，電子受的向心力為核力和洛侖茲力的疊加，iei產(chǎn)生反向電子附加磁矩2.抗磁質(zhì)的磁化機(jī)制

磁化電流Is可產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，但無熱效應(yīng)，因?yàn)闊o宏觀電荷的移動(dòng)，磁化電流束縛在介質(zhì)表面上，不可引出，因此，磁化電流也稱為束縛電流。對(duì)抗磁介質(zhì)來說，無外磁場(chǎng)時(shí)，各電子的磁矩矢量和為0，分子磁矩,分子不顯磁性。5加外磁場(chǎng)后，電子受的向心力為核力和洛侖茲力的疊加，綜上所述：不論電子的軌道磁矩方向如何，附加磁場(chǎng)總與外場(chǎng)反向，eii產(chǎn)生反向電子附加磁矩同理，分子電流可等效成磁介質(zhì)表面的磁化電流Is，Is產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。Is等效⊕ei6綜上所述：不論電子的軌道磁矩方向如何，附加磁場(chǎng)總與外場(chǎng)反向，②.對(duì)于順磁介質(zhì)分子磁矩>電子附加磁矩，順磁效應(yīng)>抗磁效應(yīng)；③.抗磁介質(zhì)中電子附加磁矩起主要作用，顯抗磁性。①.抗磁性是一切磁介質(zhì)固有的特性，它不僅存在于抗磁介質(zhì)中，也存在于順磁介質(zhì)中；明確幾點(diǎn)：7②.對(duì)于順磁介質(zhì)分子磁矩>電子附加磁矩，順磁效應(yīng)>抗磁效1.定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和。單位：安/米，A/m方向：與分子磁矩矢量和同向。表征物質(zhì)的宏觀磁性或介質(zhì)的磁化程度的物理量。注意：因?yàn)樗c介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。是第i個(gè)分子的磁矩；宏觀無限小微觀無限大；②.真空中。①.無外磁場(chǎng)Bo時(shí)，介質(zhì)中。順磁質(zhì)與同向，所以與同方向抗磁質(zhì)與反向，所以與反方向其中：二、磁化強(qiáng)度81.定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和。單位：安/米，A/m方2.磁化強(qiáng)度與磁化電流Is的關(guān)系定義：

沿磁介質(zhì)軸線方向上單位長(zhǎng)度的磁化電流稱為磁化電流密度js。結(jié)論1：磁化強(qiáng)度大小數(shù)值上等于磁化電流密度。普遍情況下可以證明：束縛電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。電介質(zhì)有束縛電荷面密度的大小等于電極化強(qiáng)度的法向分量。

在外磁場(chǎng)作用下，介質(zhì)中的分子電流可等效成介質(zhì)表面的磁化電流Is，它產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，但無熱效應(yīng)。微分關(guān)系92.磁化強(qiáng)度與磁化電流Is的關(guān)系定義：沿磁介質(zhì)軸線方向上磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于穿過此回路的束縛電流IS的代數(shù)和。IS與L環(huán)繞方向成右旋者為正，反之為負(fù)。物理意義與電介質(zhì)中對(duì)比的公式

結(jié)論2：磁化強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于環(huán)路內(nèi)磁化電流的代數(shù)和。束縛面電流磁化強(qiáng)度電極化強(qiáng)度束縛電荷積分關(guān)系10磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于穿過此回路的束縛電流三、磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)放在磁場(chǎng)中，磁介質(zhì)受到磁場(chǎng)的作用要產(chǎn)生磁化電流，磁化電流又產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。任一點(diǎn)的總磁強(qiáng)為：磁力線無頭無尾。穿過任何一個(gè)閉合曲面的磁通量為零。四、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理由于束縛電流和磁介質(zhì)磁化的程度有關(guān)，而磁化的程度又決定于總磁場(chǎng)，所以磁介質(zhì)和磁場(chǎng)的相互影響呈現(xiàn)一種比較復(fù)雜的關(guān)系。1.問題的提出11三、磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)放在磁場(chǎng)中，磁介質(zhì)受到磁可以象研究電介質(zhì)與電場(chǎng)的相互影響一樣，通過引入適當(dāng)?shù)奈锢砹考右院?jiǎn)化。在真空中的安培環(huán)路定理中：將其應(yīng)用在磁介質(zhì)中時(shí)，I為所有電流的代數(shù)和；2.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理束縛電流傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總磁場(chǎng)定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度12可以象研究電介質(zhì)與電場(chǎng)的相互影響一樣，通過引入定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度物理意義：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于環(huán)路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)。(當(dāng)I相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，

在同一點(diǎn)上也不相同，然而環(huán)流卻相同。因此可以用它求場(chǎng)量，就象求那樣。

①.是一輔助物理量，描述磁場(chǎng)的基本物理量仍然是。是為消除磁化電流的影響而引入的，3.明確幾點(diǎn)：和的名字張冠李戴了。磁介質(zhì)中的環(huán)路定理13定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度物理意義：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于②.

既與磁感應(yīng)強(qiáng)度

有關(guān)，又與磁化強(qiáng)度

有關(guān)，所以又是混合物理量。③.磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位與磁化強(qiáng)度相同，安培/米，A/m④.若，不一定環(huán)路內(nèi)無電流。⑤.若，因?yàn)?/p>

是環(huán)路內(nèi)、外電流共同產(chǎn)生的。不一定環(huán)路上各點(diǎn)的

為0，

在各向同性的均勻磁介質(zhì)（非鐵磁介質(zhì)）中，磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度具有線性關(guān)系：為磁化率。由，有：14②.既與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，又與磁化強(qiáng)度介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁介質(zhì):在真空中即在各向同性介質(zhì)中關(guān)系：相對(duì)磁導(dǎo)率。為磁導(dǎo)率電介質(zhì)中15介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理16電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理16

稱為相對(duì)電容率或相對(duì)介電常量。

之間的關(guān)系：

之間的關(guān)系稱為相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率介電常數(shù)17稱為相對(duì)電容率之間的關(guān)系：4.由求H；由求B；由求M；由求js；或由求Is；由求Is；1.場(chǎng)對(duì)稱性分析；2.選取環(huán)路；3.求環(huán)路內(nèi)傳導(dǎo)電流的代數(shù)和

Ic；4.應(yīng)用介質(zhì)中安培環(huán)路定理解題方法184.由求H；由求B；由求M；由求js；或由求Is；例1：長(zhǎng)直螺線管半徑為R，通有電流I，線圈密度為n,管內(nèi)插有半徑為r,相對(duì)磁導(dǎo)率為r

磁介質(zhì)，求介質(zhì)內(nèi)和管內(nèi)真空部分的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。解：由螺線管的磁場(chǎng)分布可知，管內(nèi)的場(chǎng)各處均勻一致，管外的場(chǎng)為零；RIBHrabcd1.介質(zhì)內(nèi)部

作abcda矩形回路。在環(huán)路上應(yīng)用介質(zhì)中的環(huán)路定理：∵在bc和da段路徑上回路內(nèi)的傳導(dǎo)電流代數(shù)和為：19例1：長(zhǎng)直螺線管半徑為R，通有電流I，線圈密度為n因?yàn)閏d段處在真空中，真空中的M=0；B=0，有IBHabcd2.管內(nèi)真空中作環(huán)路abcda;在環(huán)路上應(yīng)用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理，同理有：真空中abcd20因?yàn)閏d段處在真空中，真空中的M=0；B=0例題2：如圖載流無限長(zhǎng)磁介質(zhì)圓柱其磁導(dǎo)為r1，外面有半徑為R2的無限長(zhǎng)同軸圓柱面，該面也通有電流I，圓柱面外為真空，在R1<r<R2區(qū)域內(nèi)，充滿相對(duì)介質(zhì)常數(shù)為r2的

磁介質(zhì)，且r2>r1。求B和H的分布?解：根據(jù)軸對(duì)稱性，以軸上一點(diǎn)為圓心在垂直于軸的平面內(nèi)取圓為安培回路：同理21例題2：如圖載流無限長(zhǎng)磁介質(zhì)圓柱其磁導(dǎo)為r1，外面有半徑磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理(第九章第1~4節(jié))22磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理磁場(chǎng)中放入磁介質(zhì)磁介質(zhì)發(fā)生磁化出現(xiàn)磁化電流一、磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象磁介質(zhì)的分類凡是能與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。在各向同性均勻介質(zhì)中：磁介質(zhì)內(nèi)部的總場(chǎng)強(qiáng)介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁介質(zhì):即稱為相對(duì)磁導(dǎo)率。產(chǎn)生附加磁場(chǎng)23磁場(chǎng)中放入磁介質(zhì)磁介質(zhì)發(fā)生磁化出現(xiàn)磁化電流一、磁介質(zhì)的磁化整個(gè)分子磁矩是其中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和（核自旋磁矩?？珊雎裕╉槾刨|(zhì)：由具有固有磁矩的分子組成。分子中各電子的磁矩不完全抵消，整個(gè)分子具有一定的固有磁矩?？勾刨|(zhì)：分子中各電子的磁矩完全抵消，整個(gè)分子不具有固有的磁矩。1.順磁質(zhì)的磁化機(jī)制磁介質(zhì)是由大量分子或原子組成，無外場(chǎng)時(shí)，順磁質(zhì)分子的磁矩排列雜亂無章，介質(zhì)內(nèi)分子磁矩的矢量和。2.磁介質(zhì)的磁化機(jī)制類似電介質(zhì)的討論，從物質(zhì)電結(jié)構(gòu)來說明磁性的起源。NS相當(dāng)于一磁偶極子24整個(gè)分子磁矩是其中各個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及有外磁場(chǎng)時(shí)，這些分子固有磁矩就要受到磁場(chǎng)的力矩作用，等效Is⊙從導(dǎo)體橫截面看，導(dǎo)體內(nèi)部分子電流兩兩反向，相互抵消。導(dǎo)體邊緣分子電流同向,未被抵消的分子電流沿著柱面流動(dòng)。分子電流可等效成磁介質(zhì)表面的磁化電流Is，Is產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。分子磁矩的矢量和:力矩的方向力圖使分子磁矩的方向沿外場(chǎng)轉(zhuǎn)向。各分子磁矩都在一定程度上沿外磁場(chǎng)方向排列起來.25有外磁場(chǎng)時(shí)，這些分子固有磁矩就要受到磁場(chǎng)的力矩作加外磁場(chǎng)后，電子受的向心力為核力和洛侖茲力的疊加，iei產(chǎn)生反向電子附加磁矩2.抗磁質(zhì)的磁化機(jī)制

磁化電流Is可產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，但無熱效應(yīng)，因?yàn)闊o宏觀電荷的移動(dòng)，磁化電流束縛在介質(zhì)表面上，不可引出，因此，磁化電流也稱為束縛電流。對(duì)抗磁介質(zhì)來說，無外磁場(chǎng)時(shí)，各電子的磁矩矢量和為0，分子磁矩,分子不顯磁性。26加外磁場(chǎng)后，電子受的向心力為核力和洛侖茲力的疊加，綜上所述：不論電子的軌道磁矩方向如何，附加磁場(chǎng)總與外場(chǎng)反向，eii產(chǎn)生反向電子附加磁矩同理，分子電流可等效成磁介質(zhì)表面的磁化電流Is，Is產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。Is等效⊕ei27綜上所述：不論電子的軌道磁矩方向如何，附加磁場(chǎng)總與外場(chǎng)反向，②.對(duì)于順磁介質(zhì)分子磁矩>電子附加磁矩，順磁效應(yīng)>抗磁效應(yīng)；③.抗磁介質(zhì)中電子附加磁矩起主要作用，顯抗磁性。①.抗磁性是一切磁介質(zhì)固有的特性，它不僅存在于抗磁介質(zhì)中，也存在于順磁介質(zhì)中；明確幾點(diǎn)：28②.對(duì)于順磁介質(zhì)分子磁矩>電子附加磁矩，順磁效應(yīng)>抗磁效1.定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和。單位：安/米，A/m方向：與分子磁矩矢量和同向。表征物質(zhì)的宏觀磁性或介質(zhì)的磁化程度的物理量。注意：因?yàn)樗c介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。是第i個(gè)分子的磁矩；宏觀無限小微觀無限大；②.真空中。①.無外磁場(chǎng)Bo時(shí)，介質(zhì)中。順磁質(zhì)與同向，所以與同方向抗磁質(zhì)與反向，所以與反方向其中：二、磁化強(qiáng)度291.定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和。單位：安/米，A/m方2.磁化強(qiáng)度與磁化電流Is的關(guān)系定義：

沿磁介質(zhì)軸線方向上單位長(zhǎng)度的磁化電流稱為磁化電流密度js。結(jié)論1：磁化強(qiáng)度大小數(shù)值上等于磁化電流密度。普遍情況下可以證明：束縛電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。電介質(zhì)有束縛電荷面密度的大小等于電極化強(qiáng)度的法向分量。

在外磁場(chǎng)作用下，介質(zhì)中的分子電流可等效成介質(zhì)表面的磁化電流Is，它產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，但無熱效應(yīng)。微分關(guān)系302.磁化強(qiáng)度與磁化電流Is的關(guān)系定義：沿磁介質(zhì)軸線方向上磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于穿過此回路的束縛電流IS的代數(shù)和。IS與L環(huán)繞方向成右旋者為正，反之為負(fù)。物理意義與電介質(zhì)中對(duì)比的公式

結(jié)論2：磁化強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于環(huán)路內(nèi)磁化電流的代數(shù)和。束縛面電流磁化強(qiáng)度電極化強(qiáng)度束縛電荷積分關(guān)系31磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于穿過此回路的束縛電流三、磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)放在磁場(chǎng)中，磁介質(zhì)受到磁場(chǎng)的作用要產(chǎn)生磁化電流，磁化電流又產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。任一點(diǎn)的總磁強(qiáng)為：磁力線無頭無尾。穿過任何一個(gè)閉合曲面的磁通量為零。四、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理由于束縛電流和磁介質(zhì)磁化的程度有關(guān)，而磁化的程度又決定于總磁場(chǎng)，所以磁介質(zhì)和磁場(chǎng)的相互影響呈現(xiàn)一種比較復(fù)雜的關(guān)系。1.問題的提出32三、磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)放在磁場(chǎng)中，磁介質(zhì)受到磁可以象研究電介質(zhì)與電場(chǎng)的相互影響一樣，通過引入適當(dāng)?shù)奈锢砹考右院?jiǎn)化。在真空中的安培環(huán)路定理中：將其應(yīng)用在磁介質(zhì)中時(shí)，I為所有電流的代數(shù)和；2.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理束縛電流傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總磁場(chǎng)定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度33可以象研究電介質(zhì)與電場(chǎng)的相互影響一樣，通過引入定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度物理意義：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于環(huán)路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)。(當(dāng)I相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，

在同一點(diǎn)上也不相同，然而環(huán)流卻相同。因此可以用它求場(chǎng)量，就象求那樣。

①.是一輔助物理量，描述磁場(chǎng)的基本物理量仍然是。是為消除磁化電流的影響而引入的，3.明確幾點(diǎn)：和的名字張冠李戴了。磁介質(zhì)中的環(huán)路定理34定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度物理意義：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑的線積分，等于②.

既與磁感應(yīng)強(qiáng)度

有關(guān)，又與磁化強(qiáng)度

有關(guān)，所以又是混合物理量。③.磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位與磁化強(qiáng)度相同，安培/米，A/m④.若，不一定環(huán)路內(nèi)無電流。⑤.若，因?yàn)?/p>

是環(huán)路內(nèi)、外電流共同產(chǎn)生的。不一定環(huán)路上各點(diǎn)的

為0，

在各向同性的均勻磁介質(zhì)（非鐵磁介質(zhì)）中，磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度具有線性關(guān)系：為磁化率。由，有：35②.既與磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，又與磁化強(qiáng)度介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁介質(zhì):在真空中即在各向同性介質(zhì)中關(guān)系：相對(duì)磁導(dǎo)率。為磁導(dǎo)率電介質(zhì)中36介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中的r倍。順磁介質(zhì)：抗磁介質(zhì):鐵磁電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理37電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理16

稱為相對(duì)電容率或相對(duì)介電常量。

之間的關(guān)系：

之間的關(guān)系稱為相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率介電常數(shù)38