大学物理复习–磁场中的磁介质

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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

$$\vec{B}={\vec{B}}_0+{\vec{B}}^{\prime }$$
据${\vec{B}}^{\prime }$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
$$M=|\vec{M}|=\frac{|{\vec{P}}_m|}{\Delta V}=\frac{j_{s}ls}{ls}=j_s$$
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：

$${\oint }_L\vec{M}\cdot d\vec{l}=M|ab|=j_s|ab|=\sum I_s$$

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：
$${\oint }_s\vec{B}\cdot d\vec{S}={\oint }_s({\vec{B}}_0+{\vec{B}}^{\prime })\cdot d\vec{S}=0$$

磁介质中的安培环路定理

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
$${\oint }_L\vec{B}\cdot d\vec{l}={\mu }_{0}n(I_0+I_s)$$
有：
${\mu }_0(I_0+I_s)=\mu I_0$
$${\oint }_L\vec{B}\cdot d\vec{l}=\mu n{I}_0$$
令$\vec{H}=\frac{\vec{B}}{{\mu }_0{\mu }_r}$则：
$${\oint }_L\vec{H}\cdot d\vec{l}=\sum I$$

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

磁滞回线

铁磁质总结

1. 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
2. 有很大的磁导率。放入线圈中可以使磁场增强$10^{2}10^4$
3. 有剩磁、磁饱以及磁滞的现象
4. 温度超过居里点，铁磁质变为顺磁质

铁磁质的分类与应用

1. 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
2. 硬磁材料：永磁铁
3. 矩磁材料：储存元件