磁介质中磁场的分析及物理学知识结构

4.7.1 结构图

4.7.2 磁介质

1.我们用类似讨论电介质对电场影响的方法,研究磁介质对磁场的影响。

2.磁介质:被磁化后产生的磁场能够影响原来磁场的物质。各种物质被磁化后都具有不同程度的磁性,所以它们都是磁介质。但是,只有少数物质如铁、钴、镍等的磁性显著。

3.磁介质磁化

(1)相对磁导率μr:B0为导体中的电流产生的磁感应强度,B'为磁介质表面形成的磁化电流产生的附加磁感应强度,B为合成磁场的总磁感应强度。

(2)分类:

①顺磁质:磁化后磁性微弱,与外磁场有同方向的附加磁场。

B=B0+B' μr＞1,近于1。如:锰。

②反磁场:磁化后磁性微弱,与外磁场有反方向的附加磁场。

B=B0-B' μr＜1,近于1。如:铜。

③铁磁质:磁化后磁性显著,与外磁场有同方向的附加磁场。

B'＞B0 μr≫1。如:铁。

4.磁化强度矢量M:是描述磁介质的磁化程度的物理量。

式中,∑mi为磁介质中某一点附近的小体积ΔV的分子磁矩的矢量和。

(1)磁化强度M的方向:

每个分子电流都与该处的磁化强度矢量成右手螺旋关系,如图4-32所示。

图4-32 磁化强度M的方向

(2)磁化强度M的大小:

式中,S为磁介质截面积;l为磁介质长度;I0等于单位长度上分子的电流强度。

(3)在顺磁质中:

式中,pm为分子固有磁矩。

(4)在反磁质中:

式中,Δpm为分子附加磁矩。

5.磁场环路定律

式中,(ΣI+ΣI')为穿过闭合回路的导体电流和磁介质分子的电流之和。

引入磁场强度矢量H,为了使问题简化:

形成磁场环路定律的普遍形式:(www.xing528.com)

两种特殊情况:

(1)在真空情况下:

磁化强度矢量M等于零。

式中,μ0为真空磁导率;μr为相对磁导率。μ=μ0μr为介质磁导率。

(2)当均匀介质充满磁场空间时:

式中,B0为导体电流产生的磁感应强度。

6.关于铁磁质

(1)特点:

图4-33中,M为磁化强度,H为磁场强度,B为磁感应强度,μr为相对磁导率。

图4-33

(2)特点:磁滞现象

图4-34中:当H增大到一定程度时,B几乎达到饱和,如图中a线。当H减小到几乎为零时,B几乎仍然饱和,如图中b线。此时的B为BR,即剩余磁感应强度。当H反向增大到一定数值时,B几乎为0,如图中c线。此时的H为HC,即矫顽力。当H反向增大到一定数值时,B几乎达到饱和,如图中d线。

说明:①该图反映的是磁介质磁化时的饱和现象和去磁时的滞后现象。

②矫顽力大的称硬磁性材料,矫顽力小的称软磁性材料。

③对于硬磁性材料,H-和H+之间的距离大;对于软磁性材料,H-和H+之间的距离小。

4.7.3 磁路定理

1.磁路:磁感应线集中通过磁介质的路径。

2.磁路定理

图4-34 磁滞现象

式中,Φ为磁感应通量;B为磁感应强度;S为圆环面积;μ为介质磁导率;H为磁场强度;N为线圈匝数;I为通过每匝线圈的电流;l为圆环长度。

设称磁动势;,称磁阻。

Φ=εm/rm

(1)磁路串联:磁感应通量从一种介质完全进入另一种介质。

总磁阻:

(2)磁路并联:磁感应通量从一支分成若干分支,然后这些分支又会合起来。

总磁阻:

(3)应用:

①电磁铁。

②磁屏现象。