电磁学 第四章 电磁介质4.ppt

【电磁介质】是电磁学中的重要概念，主要讨论物质在磁场中的行为。本讲义重点关注的是顺磁质和抗磁质两种类型的磁介质。 顺磁质是指在无外磁场作用下不显示磁性的物质，但在外部磁场的影响下，其内部会形成磁化，产生与外磁场方向相同的磁化强度M。当外磁场消失后，顺磁质的磁化也将消失，其磁化率m通常为正值。顺磁质的例子包括铝、钡等元素。 抗磁质则是在无外磁场时同样没有磁性，但在外磁场作用下，其磁化强度M与外磁场B方向相反，表现为抵消外磁场的效果。抗磁质的磁化率m为负值，这意味着它会尝试减少内部的磁场强度。例如，铜和银是常见的抗磁质。 在磁介质中，磁场强度H和磁感应强度B之间的关系可以由相对磁导率μr描述，μr是介质的固有属性，它等于磁化率m加上真空的磁导率μ0，即μr = μ0(1 + m)。在顺磁质和抗磁质中，磁感应强度B可以通过磁场强度H和磁化强度M的关系来计算，即B = μr * H。 【安培环路定律】在磁介质中依然成立，但需要考虑到磁化电流对磁场的贡献。磁化强度矢量M代表了介质内部由磁化引起的附加磁场，其方向与磁化方向一致。磁化面电流密度I表示在磁介质表面上由于磁化产生的等效电流，它有助于解释磁介质内部的磁场分布。 举例分析： 1. 长直电缆中的磁场问题涉及到顺磁介质中的磁场分布和束缚电流的计算。通过应用磁化强度、磁场强度和磁导率的关系，可以求得介质中不同位置的磁场分布，并确定表面的束缚电流。 2. 均匀面电流在导体薄片上方和下方的问题展示了抗磁质中磁场分布的计算。这里需要考虑传导电流i和磁化电流i'的相互作用，以及它们如何影响H和B的分布。 3. 细螺绕环中的磁感应强度和磁化电流计算则涉及到铁磁质的特性。在铁磁质中，磁感应强度B不仅由传导电流产生，还会受到磁化电流的影响。磁滞回线描述了铁磁质在磁场变化过程中的磁化状态，包括矫顽力、剩磁以及磁滞损耗的概念。 磁滞回线表示磁介质在磁场变化过程中磁化强度B随磁场强度H的变化路径。当磁场H增加或减小时，B的变化存在滞后现象，即磁滞。这种滞后导致的能量损耗称为磁滞损耗，它与磁滞回线包围的面积成正比。在实际应用中，如电机、变压器的铁芯设计时，需要考虑磁滞效应以减少能量损失。