第七章磁介質磁介質第1頁§7.1磁介質存在時靜電場基本規律磁介質:在磁場作用下能發生改變并能反過來影響磁場媒質叫做磁介質。磁化:磁介質在磁場作用下改變叫磁化。勵磁電流：產生磁化場電流,叫做勵磁電流。實際上，在磁場中全部實物物質都是磁介質。研究方法：分子電流理論和磁核理論磁介質第2頁7.1.1磁介質磁化、磁化強度分子電流：因為電子運動，每個磁介質分子（或原子）相當于一個環形電流，叫做分子電流。分子磁矩：分子電流磁矩叫分子磁矩磁化電流：因磁化而出現宏觀電流叫磁化電流。（對應于電解質極化電荷）傳導電流：除磁化電流之外電流叫非磁化電流或傳導電流。（也叫自由電流，自由電子宏觀移動、電解液質中正負離子宏觀移動等）沒有外磁場時：各分子磁矩方向雜亂，大量分子磁矩相互抵消，宏觀上不顯磁性。有外場存在時：各分子磁矩或多或少地轉向磁場方向，這就是磁化。傳導電流帶電粒子宏觀移動。磁介質第3頁磁矩磁棒斷面內部抵消、外圈象圓電流NS相當于螺線管以螺線管為例，線圈電流在環形內磁場使磁介質分子磁矩發生取向，假定每個分子磁矩都轉到與外磁場相同方向。宏觀來看，磁介質內部分子電流效應相互抵消，介質表面相當于有一層面電流流過。磁介質第4頁如電介質時被電場極化一樣，有磁介質磁場為：傳導電流產生磁化電流產生總磁感應強度磁化強度:為表征介質磁化程度而定義。設磁介質中某物理無限小體積元內分子磁矩矢量和為則M稱為體積所在點磁化率。均勻磁化：M相同各點叫均勻磁化。真空中M=0表示無限小體積元內第個分子磁矩。單位:安每米（A/m）磁介質第5頁試驗和理論研究表明磁介質分三類磁介質鐵磁質順磁質抗磁質非鐵磁質試驗表明對各向同性非鐵磁質中每一點，//對順磁質磁化強度M與B同向；反抗磁質M與B反向，大小成正比，即取決磁介子性質，類似于電介質極化率χ，與B無關。—M與B同向是順磁質—M與B反向是抗磁質對應電介質關系為磁介質第6頁順磁質束縛電流方向與磁介質中外磁場方向有右手螺旋關系，它產生磁場要加強磁介質中磁場。抗磁質束縛電流方向則相反，它產生磁場要減弱磁介質中磁場。磁介質第7頁7.1.3磁場強度H、有磁介質時環路定理真空時安培環路定理有磁介質時磁化電流令叫磁場強度M為磁化強度為磁導率磁介質第8頁則有介質時安培環路定理歷史錯亂：H在歷史上一直被稱為磁場強度，在磁荷理論中與電場E相對應。但分子電流理論中E、D和B、H對應關系是：因為分子電流理論反應是磁現象本質，所以人們現已改叫B為磁場，而H只稱為“矢量場H”或“H場”由7-3式得與關系M為磁化強度磁介質第9頁得令則對應相對磁導率（無量綱純數）順磁質抗磁質磁介質第10頁例在密繞螺繞環中充滿均勻非鐵磁質，已知螺繞環傳導電流為I0,單位長度匝數為n，環橫截面半徑比環平均半徑小得多，非鐵磁質導磁率為，求環內外H、B及螺繞環自感。環外B=H=0計算自感解：有介質時安培環路定理磁介質第11頁7.1.4靜磁場與靜電場方程對比靜電場：（對任意閉曲線）（對任意閉曲面）性能方程靜磁場：（對任意閉曲線）（對任意閉曲面）性能方程磁介質第12頁§7.3鐵磁性與鐵磁質1.鐵磁質特點鐵、鈷、鎳和它們一些合金、稀土族金屬（在低溫下）以及一些氧化物（如CrO2）等磁介質都稱為鐵磁質。各向同性非鐵磁質磁化性能對鐵磁質并非全都成立。磁介質第13頁§7.5磁路及其計算7.5.1磁路因為鐵磁材料磁導率很大(數量級在以上),鐵芯有使磁感應通量集中在自己內部作用。磁感應線幾乎是沿著鐵芯。換句話說，鐵芯邊界就形成一個磁感應管，它把絕大部分磁通量集中到這個管子里。這一點和一個電路很相同，當我們把一根導線接在電源兩端上時，電流集中在導線內，沿著它流動。所以人們經常把磁感應管叫做磁路。磁路與電路之間相同性，為我們提供了一個分析和計算磁場分布有力工具——磁路定理。磁介質第14頁7.5.2磁路定律及磁路計算對于一個閉合電路來說，電源電動勢等于各段導線上電位降落之和（基爾霍夫二定律）：對于磁路來說，我們有安培環路定理對比一段導體電阻公式令叫無分支閉合磁路磁阻。磁介質第15頁則對比全電路歐姆定律令叫磁路磁動勢叫無分支閉合磁路歐姆定律。閉合磁路磁動勢等于各段磁路上電勢降之和。單位：—H-1(亨-1)由公式導出詳細形式。—H/m

(亨/米)—安匝（實際上就是安培）由公式導出。FmRIF等效磁路—Wb

(韋伯)故由安培環路定理導出磁介質第16頁歐姆定律磁路定律空氣中，磁阻大，通量小。介質中，磁阻小，通量大。磁力線集中在鐵芯內磁介質第17頁電路電動勢電流電導率電阻電位降落磁路磁動勢磁感應通量磁導率磁阻磁位降落磁路與電路對比磁介質第18頁各段磁路磁通磁阻磁動勢1.磁阻串聯m1RFm2RIl2F等效串聯磁路設鐵芯橫截面積S1,氣隙中B線所占面積為S2(稍大于S1)看成是鐵芯磁阻與空氣隙磁阻串聯。無分支閉合磁路歐姆定律安培環路定理氣隙狹窄，磁感應線幾乎沒有散開磁介質第19頁令得2.磁阻并聯（有分支磁路忽略鐵芯側面漏到空氣中磁通）可見總磁阻等于參加串聯磁阻之和，并可推廣到普通情況。IFF2F1m1Rm2RmRFF1F2由B線不中止性可知連接同一節點各支路磁通代數和為零，這叫磁路基爾霍夫第一定律。磁介質第20頁以上討論是不含永磁體磁路，當磁路中有永磁體時，問題復雜。磁路計算在電機、變壓器、電磁鐵和儀表設計中應用廣泛。磁介質第21頁例1已知如右圖中，線圈匝數N=300，鐵心橫截面積S=3*10-3m2平均長度為1m,相對導磁率為2600，欲在鐵芯中激發3*10-3Wb磁通，線圈應通多大電流？FmRIF解磁路磁動勢：線圈應經過電流：磁介質第22頁例2在例1鐵芯中開一長為2*10-3m氣隙（如圖），假定B線穿過氣隙時所占面積擴展為4*10-3m2,欲使鐵芯內磁通仍為3*10-3Wb,線圈電流應增為多少？m1RFm2RIl2F解因開氣隙后鐵芯長度改變很小，可認為是例1中原磁阻代表氣隙磁阻總磁阻磁動勢磁介質第23頁磁阻最小磁阻較大磁阻最大線圈電流應增為：氣隙只增加鐵芯長度0.2%，總磁阻卻增大5倍。如電機中盡可能減小轉子和定子間隙,以減小磁阻。看下列圖磁阻。磁介質第24頁7.5.3鐵磁屏蔽如圖：屏蔽罩和空腔可看作并聯磁阻，空腔磁導率遠小于屏蔽罩磁導率，于是空腔磁阻遠大于屏蔽罩磁阻，故來自外界B線大部分經過屏蔽罩而不進入空腔內，起到屏蔽磁場目標。磁介質第25頁§7.6磁場能量1