《電磁波與天線仿真與實(shí)踐》課件-電波與天線知識點(diǎn)4 磁場

《電磁波與天線仿真及實(shí)踐》課件01電磁場是矢量場04導(dǎo)體與電介質(zhì)02電荷與電場03電場強(qiáng)度與電力線復(fù)習(xí)上次課相關(guān)知識磁場本次授課內(nèi)容高中知識復(fù)習(xí)歸納4磁源（磁鐵、電流）磁感線磁場對電流的作用安培力：F=BIL左手定則磁場對運(yùn)動電荷的作用洛侖茲力:f洛=Bqv左手定則磁鐵電流（三種）磁場B安培定則(磁現(xiàn)象電本質(zhì))(B與I垂直)磁通量帶電粒子在磁場的運(yùn)動本次課內(nèi)容5二、磁場的源一、對磁現(xiàn)象的一般認(rèn)識三、磁場的對外表現(xiàn)四、磁感應(yīng)強(qiáng)度B五、磁場強(qiáng)度六、磁力線七、磁通量及相關(guān)定理八、磁場的能量一、對磁現(xiàn)象的一般認(rèn)識6天然磁石、人工磁鐵、磁性、磁極（N極、S極）圖磁鐵和指南針SN一、對磁現(xiàn)象的一般認(rèn)識7地磁場特點(diǎn)：地磁場的N極在地球南極附近，S極在地球北極附近。二、磁場的源8天然磁石、人工磁鐵、流動的電荷（電流）：恒穩(wěn)磁場 時(shí)變磁場時(shí)變的電場時(shí)變磁場二、磁場的源9三、磁場對外的表現(xiàn)10（2）磁場對引入磁場中的其它運(yùn)動電荷或載流導(dǎo)體有磁力作用；（2）載流導(dǎo)體在磁場中移動時(shí)，磁場的作用力將對載流導(dǎo)體做功。這些說明了磁場的物質(zhì)性。

三、磁場對外的表現(xiàn)11磁場對引入磁場中的其它運(yùn)動電荷或載流導(dǎo)體有磁力作用12左手定則磁場對引入磁場中的其它運(yùn)動電荷或載流導(dǎo)體有磁力作用13練習(xí)14答案：C四、磁感應(yīng)強(qiáng)度B15電流元是產(chǎn)生磁場的最基本的單元

電場強(qiáng)度曾被理解為單位正電荷所受到的電場力，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B也可以理解為單位電流元所受到的最大磁場力。單位：特斯拉（Tesla），國際代號為T

16磁場的方向一般是用小磁針來確定的。約定，在磁場中任一點(diǎn)，小磁針北極（N極）受力的方向，亦即小磁針靜止時(shí)北極（N極）所指的方向，就是那一點(diǎn)的磁場方向。四、磁感應(yīng)強(qiáng)度B17(1)通電直導(dǎo)線：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向；

(2)通電螺線管：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

(3)磁感線方向判斷：在磁體外部磁感線由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。

四、磁感應(yīng)強(qiáng)度B也可以按右手螺旋法則來確定。右手螺旋法則表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關(guān)系的定則，也叫安培定則。右手安培定則18右手安培定則19畢奧—薩伐爾定律20描述了電流產(chǎn)生磁場的基本規(guī)律。畢薩定律任一電流元Idl在給定點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度dB的大小與電流元Idl的大小成正比，與電流元和由電流元到點(diǎn)的矢徑間的夾角的正弦成正比，而與電流元到點(diǎn)的距離r的平方成反比。磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于電流元Idl和矢徑所組成的平面。畢奧—薩伐爾定律21圖中，

x是場點(diǎn)的位置矢量，r是電流元到場點(diǎn)的距離，是這方向的單位矢量.

——圖中，P點(diǎn)的dB沿什么方向？畢奧—薩伐爾定律22任意形狀的載流導(dǎo)線在給定點(diǎn)產(chǎn)生的磁場，等于各段電流元在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的矢量和而長為L的載流直導(dǎo)體在P點(diǎn)所產(chǎn)生的磁場無限長直線電流周圍所產(chǎn)生的磁場呢？五、磁場強(qiáng)度23在同一導(dǎo)體中通以相同的電流時(shí)，那么在相同位置點(diǎn)不同媒質(zhì)（磁導(dǎo)率不一樣）中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B一樣嗎？答：是不一樣的在研究磁場的基本性質(zhì)時(shí)，也需要找出一個(gè)與媒質(zhì)磁導(dǎo)率無關(guān)的量，這就是磁場強(qiáng)度H。它是一個(gè)矢量，其單位為安／米（A/m）。它與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間有如下的關(guān)系：

式中μ稱為媒質(zhì)的磁導(dǎo)率五、磁場強(qiáng)度24磁導(dǎo)率大、磁感應(yīng)強(qiáng)度B也大，即它和媒質(zhì)磁導(dǎo)率成正比。磁場強(qiáng)度H和電場中的電位移矢量D一樣，均與媒質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。真空磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7亨利/米（H/m）。其它媒質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率之比定義為相對磁導(dǎo)率，其值等于相對磁導(dǎo)率可用來評估一種導(dǎo)磁材料其磁化容易的成度，例如鋼(steel)相對磁導(dǎo)率約介於2000～6000之間，空氣的磁導(dǎo)率與真空幾乎是相同的。五、磁場強(qiáng)度25(1)順磁性物質(zhì)。如鋁、鉑、鉻、氮等。這類物質(zhì)在外磁場的作用下，原分子的磁效應(yīng)會有些改變，不完全抵消，對外呈現(xiàn)微弱的磁性，其附加磁場的方向隨與原磁場相同，但量值極小，其相對磁導(dǎo)率約在μr≈1＋a×10-6。(2)逆磁性物質(zhì)。如銅、銀、金、鉍、氫等。這類物質(zhì)在外磁場的作用下，部分分子磁效應(yīng)不能抵消，也會呈現(xiàn)微弱的磁性，但其附加磁場的方向和外磁場相反，其相對磁導(dǎo)率μr≈1－a×10-6。表1中列舉了幾種順磁和逆磁材料的相對磁導(dǎo)率。表1順磁性和逆磁性材料26表1順磁性和逆磁性材料27（3）鐵磁性物質(zhì)。如鐵、鎳、鈷、及其合金。這類物質(zhì)在外磁場作用下，磁感應(yīng)強(qiáng)度得到明顯的增加，所以鐵磁性物質(zhì)具有很高的磁導(dǎo)率，其相對磁導(dǎo)率μr>>1。居里發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度高到一定程度后，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變成低磁導(dǎo)率的順磁性物質(zhì)，這一轉(zhuǎn)變溫度稱為居里溫度。（4）鐵氧體。其基本化學(xué)式為MFe2O4，其中M代表鐵、錳、鎳、鈷等二價(jià)金屬原子。鐵氧體是一種黑褐色陶瓷材料，它的特點(diǎn)是電阻率高，ρ＝108～1010Ω·m，鐵磁損耗小。磁導(dǎo)率稍低于鐵磁性材料，但也遠(yuǎn)大于1。當(dāng)對鐵氧體施加恒定磁場后，會變成各向異性，它在無線電領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。表2幾種常用鐵磁性物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率28六、磁力線29至于如何表示磁場的強(qiáng)弱，我們規(guī)定：通過磁場中某點(diǎn)處垂直于B矢量單位面積的磁感應(yīng)線數(shù)等于該點(diǎn)B矢量量值。磁感應(yīng)線又簡稱為磁力線,是為了形象地描述磁場而引入的假想的曲線，實(shí)際上是不存在的。磁力線有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、磁感線的密疏程度表示磁場的強(qiáng)弱。2、磁感線上任一點(diǎn)的切線方向都跟該點(diǎn)的磁場方向一致。3、任何兩條磁感線都不相交。4、磁感線是閉合曲線。六、磁力線30幾種不同形狀的電流所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)線如圖所示。圖磁場的磁感應(yīng)線電流磁場的截面圖31××××····I·II·······×××××××××I××××····直線電流環(huán)形電流通電螺線管七、磁通量

32通過一給定曲面的總磁感應(yīng)線數(shù)，稱為通過該曲面的磁通量，用Φm或Φ表示。

磁通量的單位為韋伯（Weber），國際代號為Wb。對閉合曲面來說，一般規(guī)定取相外的指向?yàn)檎ň€的指向。

在曲面上取面積元dS，dS的法線方向與該點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度方向之間的夾角為θ，這樣，通過面積元dS的磁通量

dΦm＝BcosθdS＝B●dS

磁場中的高斯定理

33通過任一閉合曲面的總磁通量必然是零

靜電學(xué)中的高斯定理

安培環(huán)路定理34真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任意閉合環(huán)路L積分，等于穿過這個(gè)環(huán)路的所有電流強(qiáng)度的代數(shù)和I的μ0倍。安培環(huán)路定理35八、磁場的能量36如果通電螺線管產(chǎn)生磁場的磁能密度（即單位體積內(nèi)的磁能）為

這里H為環(huán)形螺線管中心線上的磁場強(qiáng)度值。若磁能Wm的單位為焦耳（J），則磁能密度wm的單位為焦耳／米3（J／m3）。該公式雖然是從特例得出的，但可以證明它對任何磁場均實(shí)用。對于非均勻磁場，可在整個(gè)磁場對上式進(jìn)行積分求得：

總結(jié)37磁場的源、電流與磁場磁場的對外表現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度磁介質(zhì)與磁導(dǎo)率磁力線磁通量