《磁介质——分子电流观点资料优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁介质——分子电流观点资料优秀PPT.ppt（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 电磁学电子教案运用教材：运用教材：赵凯华、陈熙谋赵凯华、陈熙谋:新概念物理学新概念物理学电磁学电磁学主讲：周贵德主讲：周贵德沧州师范学院物电系沧州师范学院物电系 2012年年2月制作月制作磁介质 (探讨方法与电介质类比）n n磁场磁场 磁介质磁介质 磁化磁化 后果影响外场后果影响外场n场对介质的作用和介质的磁化相互影响、相互场对介质的作用和介质的磁化相互影响、相互 n 制约制约 n探讨方法探讨方法 n磁荷观点磁荷观点 n分子环流分子环流 以此观点探讨以此观点探讨n物质的磁性起源于原子的磁性物质的磁性起源于原子的磁性n原子磁性原子磁性 量子力学量子力学n严格的磁学理论必需建立在量子力学基础上严
2、格的磁学理论必需建立在量子力学基础上 2磁性、磁介质、磁化 n n磁性：磁性：磁性：磁性：n n物质的基本属性之一，即物质的磁学特性物质的基本属性之一，即物质的磁学特性物质的基本属性之一，即物质的磁学特性物质的基本属性之一，即物质的磁学特性n n吸铁石吸铁石吸铁石吸铁石自然磁体自然磁体自然磁体自然磁体 具有强磁性具有强磁性具有强磁性具有强磁性n n多数物质一般状况下没有明显的磁性多数物质一般状况下没有明显的磁性多数物质一般状况下没有明显的磁性多数物质一般状况下没有明显的磁性n n磁介质（磁介质（磁介质（磁介质（magnetic mediummagnetic mediummagnetic med
3、iummagnetic medium）：）：）：）：n n对磁场有确定响应对磁场有确定响应对磁场有确定响应对磁场有确定响应,并能反过来影响磁场的物质并能反过来影响磁场的物质并能反过来影响磁场的物质并能反过来影响磁场的物质n n一般物质在较强磁场的作用下都显示出确定程度的磁性，即都能对磁一般物质在较强磁场的作用下都显示出确定程度的磁性，即都能对磁一般物质在较强磁场的作用下都显示出确定程度的磁性，即都能对磁一般物质在较强磁场的作用下都显示出确定程度的磁性，即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质场的作用有所响应，所以都是磁介质场的作用有所响应，所以都是磁介质场的作用有所响应，所以都是磁介质 n
4、n磁化（磁化（磁化（磁化（magnetizationmagnetizationmagnetizationmagnetization）n n在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而变更原来空间磁场的分布磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而变更原来空间磁场的分布磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而变更原来空间磁场的分布磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而变更
5、原来空间磁场的分布 3“分子电流”模型n n问题的提出问题的提出 n n为什么物质对磁场有响应为什么物质对磁场有响应?n n为什么不同类型的物质对磁场有不同的响为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应应,即具有不同的磁性？即具有不同的磁性？n n与物质内部的电磁结构有着亲密的联系与物质内部的电磁结构有着亲密的联系n n分子电流分子电流n n安培的大胆假设安培的大胆假设 n n磁介质的磁介质的“分子分子”相当于一个环形电流，相当于一个环形电流，是电荷的某种运动形成的，它没有像导体是电荷的某种运动形成的，它没有像导体中电流所受的阻力，分子的环形电流具有中电流所受的阻力，分子的环形电流具有磁矩磁矩分子
6、磁矩，在外磁场的作用下可分子磁矩，在外磁场的作用下可以自由地变更方向以自由地变更方向 4假设的重要性 n n把种种磁相互作用归结为电流把种种磁相互作用归结为电流电流相电流相互作用，建立了安培定律互作用，建立了安培定律磁作用理论磁作用理论 n n以以“分子电流分子电流”模型取代磁荷模型，从根模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极化与磁化的内在联系本上揭示了物质极化与磁化的内在联系n n其实在安培时代，对于物质的分子、原子其实在安培时代，对于物质的分子、原子结构的相识还很肤浅，电子尚未发觉，所结构的相识还很肤浅，电子尚未发觉，所谓谓“分子分子”泛指介质的微观基本单元泛指介质的微观基本单元 n n接
7、着接着5观点概要 n n分子磁矩分子磁矩 m分子分子=ml+ms（矢量和）（矢量和）n n轨道磁矩轨道磁矩ml：由原子内各电子绕原子核的：由原子内各电子绕原子核的轨道运动确定轨道运动确定n n自旋磁矩自旋磁矩ms：由核外各电子的自旋的运动：由核外各电子的自旋的运动确定确定n n所谓磁化：所谓磁化：n n就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布（无序）布（无序）整齐排列（有序）整齐排列（有序）n n每一个分子电流供应一个分子磁矩每一个分子电流供应一个分子磁矩m分子分子n n磁化了的介质内分子磁矩矢量和磁化了的介质内分子磁矩矢量和 m分子分子 0n n分子磁矩的整
8、齐排列贡献宏观上的磁化电分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流流I（虽然不同的磁介质的磁化机制不同）（虽然不同的磁介质的磁化机制不同）6磁化的描绘 n n磁化强度矢量磁化强度矢量 M n n为为为为了了了了描描描描述述述述磁磁磁磁介介介介质质质质的的的的磁磁磁磁化化化化状状状状态态态态（磁磁磁磁化化化化方方方方向向向向和和和和强强强强度度度度），引入磁化强度矢量，引入磁化强度矢量，引入磁化强度矢量，引入磁化强度矢量MM的概念的概念的概念的概念 n n磁磁磁磁化化化化后后后后在在在在介介介介质质质质内内内内部部部部任任任任取取取取一一一一宏宏宏宏观观观观体体体体元元元元，体体体体元元元元内内内内
9、的的的的分子磁矩的矢量和分子磁矩的矢量和分子磁矩的矢量和分子磁矩的矢量和 mm分子分子分子分子 0 0n n磁化程度越高，矢量和的值也越大磁化程度越高，矢量和的值也越大磁化程度越高，矢量和的值也越大磁化程度越高，矢量和的值也越大n nM:M:单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内分子磁矩的矢量和 7磁化电流 n n介质对磁场作用的响应介质对磁场作用的响应介质对磁场作用的响应介质对磁场作用的响应产生磁化电流产生磁化电流产生磁化电流产生磁化电流n n磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束磁化电流不能传导，束
10、缚在介质内部，也叫束磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。缚电流。缚电流。缚电流。n n它也能产生磁场，满足毕奥它也能产生磁场，满足毕奥它也能产生磁场，满足毕奥它也能产生磁场，满足毕奥-萨伐尔定律，可萨伐尔定律，可萨伐尔定律，可萨伐尔定律，可以产生附加场以产生附加场以产生附加场以产生附加场BBBBn n附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。n n各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流各向同性
11、的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵销，形成磁化电流未被抵销，形成磁化电流未被抵销，形成磁化电流未被抵销，形成磁化电流8磁化电流与传导电流n n传导电流传导电流传导电流传导电流n n载流子的定向流淌，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，载流子的定向流淌，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，载流子的定向流淌，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，载流子的定向流淌，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律遵从电流产生磁场规律遵从电流产生磁场规律遵从电流产生磁场规律 n n磁化电流磁化电流磁化电流磁化电流 n n磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成
12、的磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流淌的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果在宏观范围内流淌的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果在宏观范围内流淌的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果在宏观范围内流淌的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果 n n相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律
13、 n n不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应 9磁化的后果n n三者从不同角度定量地描绘同一物理现象三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 磁化，磁化，之间必有联系，这些关系之间必有联系，这些关系磁介质磁化
14、遵循的规律磁介质磁化遵循的规律10磁化强度矢量M与磁化电流I关系 n n磁化强度矢量磁化强度矢量M沿随意闭合回路沿随意闭合回路L的积分的积分等于通过以等于通过以L为周界的曲面为周界的曲面S的磁化电流的磁化电流的代数和，即的代数和，即通通过过以以L为为界界S面面内内全全部部分分子子电电流流的的代代数和数和11证明 n n把每一个宏观体积内的分子看成把每一个宏观体积内的分子看成是完全一样的电流环即用平均分是完全一样的电流环即用平均分子磁矩代替每一个分子的真实磁子磁矩代替每一个分子的真实磁矩矩 n设单位体积内的分子环设单位体积内的分子环流数为流数为n，则单位体积内分则单位体积内分子磁矩总和为子磁矩总
15、和为 n设想在磁介质中划出随意宏观面设想在磁介质中划出随意宏观面S来考察：来考察：令其周界线为令其周界线为L，则介质中的分子环流分为三，则介质中的分子环流分为三类类 12n n不与不与不与不与S S相交相交相交相交AA n n整整整整个个个个为为为为S S所所所所切切切切割割割割，即即即即分分分分子子子子电电电电 流流流流与与与与S S相相相相交交交交两两两两次次次次BBn n被被被被L L穿穿穿穿过过过过的的的的分分分分子子子子电电电电流流流流，即即即即与与与与 S S相相相相交交交交一一一一次次次次C Cn nA A与与与与B B对对对对S S面面面面 总电流无贡献，总电流无贡献，总电流无
16、贡献，总电流无贡献，n n只有只有只有只有C C有贡献有贡献有贡献有贡献 n在在L上取一线元上取一线元,以以dl为轴线，为轴线，a为底，作一圆柱体为底，作一圆柱体n体积为体积为 V=adlcos ，凡是中心处在凡是中心处在 V内的分子环内的分子环流流 都为都为dl所所穿过穿过，V内内共有分子数共有分子数nN个分子总贡献个分子总贡献 13沿闭合回路L积分得普遍关系n njm：磁化电流密度：磁化电流密度n n表示单位时间通过单位垂直面积的磁化电流表示单位时间通过单位垂直面积的磁化电流 n n匀整磁化：匀整磁化：M为常数为常数，M=0，jm=0，介质，介质内部没有磁化电流，磁化电流只分布在介质表内部
17、没有磁化电流，磁化电流只分布在介质表面面通通过过以以L为为界界S面面内内全全部部分分子子电电流流的代数和的代数和积分积分形式形式微分形式微分形式14M与介质表面磁化电流的关系 n n证明证明 n n在介质表面取闭合回路在介质表面取闭合回路在介质表面取闭合回路在介质表面取闭合回路n n穿过回路的磁化电流穿过回路的磁化电流穿过回路的磁化电流穿过回路的磁化电流 面磁化电流密度面磁化电流密度 bc、da1m 1，其数量级为，其数量级为，其数量级为，其数量级为102102106106以上以上以上以上n n当当当当MM与与与与HH无单值关系时，不再引用无单值关系时，不再引用无单值关系时，不再引用无单值关系
18、时，不再引用 mm、的概念了的概念了的概念了的概念了 地位和作用类似于地位和作用类似于 e 24例题：n n有有有有一一一一磁磁磁磁介介介介质质质质细细细细铁铁铁铁环环环环，在在在在外外外外磁磁磁磁场场场场撤撤撤撤消消消消后后后后，仍仍仍仍处处处处于于于于磁磁磁磁化化化化状状状状态态态态，磁磁磁磁化化化化强强强强度度度度矢矢矢矢量量量量M M 的的的的大大大大小小小小到到到到处处处处相相相相同同同同，MM的的的的方方方方向向向向如如如如图图图图所所所所示示示示。求求求求环环环环内内内内的的的的磁磁磁磁场场场场强强强强度度度度HH和和和和磁磁磁磁感感感感应应应应强强强强度度度度B Bn n问：公式问：公式问：公式问：公式B=B=0 0 HH是否适用？是否适用？是否适用？是否适用？n n答：不适用，因为铁环属于铁磁质答：不适用，因为铁环属于铁磁质答：不适用，因为铁环属于铁磁质答：不适用，因为铁环属于铁磁质n n可以用可以用可以用可以用B=B=0(H+M)0(H+M)来探讨来探讨来探讨来探讨n n方法一：用方法一：用方法一：用方法一：用HH的安培环路定理的安培环路定理的安培环路定理的安培环路定理n n 求求求求HMBHMBn n方法二：方法二：方法二：方法二：MIBH MIBH H=0与螺绕环类比与螺绕环类比B和和M方向一样为方向一样为 25