大学物理复习--磁场中的磁介质

磁场中的磁介质

磁介质

磁介质的分类

磁介质–能与磁场产生相互作用的物质
磁化–磁介质在磁场作用下所发生的变化
磁导率–描述不同磁介质磁化后对原外磁场的影响

$\vec B=\vec B_0+\vec B'$
据 $\vec B'$ 的大小和方向可以将磁介质分为四大类

顺磁质 $B>B_0$
抗磁质 $B<B_0$
铁磁质 $B>>B_0$
超导体

顺磁质和抗磁质的磁化

PS.抗磁性是一切磁介质共同拥有的特性

磁化强度

磁化强度： $\vec M=\frac{\sum \vec P_m}{\Delta V}$

设 $j_s$ 为轴线单位长度上的磁化电流，则有
$M=|\vec M|=\frac{|\vec P_m|}{\Delta V}=\frac{j_sls}{ls}=j_s$
据此，磁化强度在量值上等于磁介质表面磁化电流面密度
据此：
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$\oint_L\vec M\cdot d\vec l=M|ab|=j_s|ab|=\sum I_s$

即：**磁化强度对闭合回路L的线积分，等于穿过以L为周界的任意曲面的磁化电流的代数和。
**

磁介质中的磁场

磁场中的高斯定理

由于磁感应线都是闭合曲线，所以：
$\oint_s \vec B\cdot d\vec S=\oint_s(\vec B_0+\vec B')\cdot d\vec S=0$

磁介质中的安培环路定理

磁介质中的安培定理：
在稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分（即磁场强度的环流）等于环路所包围的传导电流的代数和，而与磁化电流无关。

以无限长直通电螺线管为例，设管内介质相对磁导率为 $\mu_r$ 且为顺磁质，传导电流为 $I_0$ ,单位长度有n匝，则有
$\oint_L\vec B\cdot d\vec l=\mu_0n(I_0+I_s)$
有：
$\mu_0(I_0+I_s)=\mu I_0$
$\oint_L\vec B\cdot d \vec l=\mu nI_0$
令 $\vec H=\frac{\vec B}{\mu_0\mu_r}$ 则：
$\oint_L\vec H\cdot d\vec l=\sum I$

磁介质中的安培环流定理	电介质中的高斯定理
$\vec B=\mu_0\mu_r\vec H$	$\vec E=\frac{\vec D}{\varepsilon_0\varepsilon_r}$
$\oint_L\vec H\cdot d \vec l=\sum I$	$\oint_s\vec D\cdot d\vec S=\int _V\rho_edV$

铁磁质

磁化曲线

据磁化曲线可以得到，铁磁质的 $\mu_r$ 不一定是一个常数，他可能是 $\vec H$ 的函数
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磁滞回线

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铁磁质总结

磁导率 $\mu$ 不是一个常量，其值不仅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与H不是线性关系
有很大的磁导率。放入线圈中可以使磁场增强 $10^2 ~ 10^4$
有剩磁、磁饱以及磁滞的现象
温度超过居里点，铁磁质变为顺磁质

铁磁质的分类与应用

软磁材料：变压器、继电器、电机、各种高频电磁元件的磁芯、磁棒
硬磁材料：永磁铁
矩磁材料：储存元件