前面討論載流線圈產(chǎn)生磁場和變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢

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1、CH7磁介質(zhì)前面討論載流線圈產(chǎn)生磁場和變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢都是假定導(dǎo)體以外是真空，或者不存在磁性物質(zhì)。但在實(shí)際中大多數(shù)情況下電感器件的線圈中都有鐵芯。為了弄清鐵芯在這里的作用，就要對磁介質(zhì)有基本的認(rèn)識(shí)。本章主要內(nèi)容本章講解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象，磁化規(guī)律和磁化的微觀解釋；有介質(zhì)存在時(shí)靜磁場的基本規(guī)律；詳細(xì)介紹了鐵磁質(zhì)的磁化特點(diǎn)；簡介磁荷觀點(diǎn)和磁路計(jì)算；最后給出磁場的能量?！?有介質(zhì)存在時(shí)靜磁場的基本規(guī)律有關(guān)磁介質(zhì)的理論，有兩種不同的觀點(diǎn)：分子電流觀點(diǎn)和磁荷觀點(diǎn)。兩種觀點(diǎn)假設(shè)的微觀模型不同，從而賦予了磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度不同的物理意義，但是最后

2、得到的宏觀規(guī)律和表達(dá)式完全一樣，所以計(jì)算結(jié)果也完全一樣。在這種意義上兩種觀點(diǎn)是等價(jià)的。因?yàn)槿藗儗Υ努F(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是源于對天然磁體的觀察，所以磁荷觀點(diǎn)在歷史上出現(xiàn)較早。但由安培以假說的形式提出的分子電流理論揭示了磁現(xiàn)象和電流的關(guān)系，所以比較流行。一、磁介質(zhì)的磁化在磁場作用下能發(fā)生變化并能反過來影響磁場的媒質(zhì)叫做磁介質(zhì)。?1、磁化：磁介質(zhì)在磁場的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（并反過來影響磁場）的過程。?2、磁介質(zhì)的磁化的解釋——分子磁矩說安培認(rèn)為，由于電子的運(yùn)動(dòng)，每個(gè)磁介質(zhì)分子或原子都相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流，叫分子電流或束縛電流（區(qū)別于傳導(dǎo)電流）。分子電流的

3、磁矩叫分子磁矩。無外磁場時(shí)，磁介質(zhì)中各個(gè)分子磁矩取向雜亂無章，宏觀上磁介質(zhì)不顯磁性；磁介質(zhì)放入外磁場中，介質(zhì)中每個(gè)分子磁矩都要受到外電場的作用力矩T=Pm×B，使得每個(gè)磁矩都要盡量轉(zhuǎn)向外場的方向，這時(shí)在磁介質(zhì)內(nèi)任取一小體積ΔV，在ΔV所有分子磁矩的矢量和不為零，形成宏觀磁化電流或束縛電流，這些電流又要激發(fā)附加電場B?,使得總電場B=B0+B?。例如，考慮一段插在線圈內(nèi)的軟鐵棒，如圖所示。按照安培的分子環(huán)流觀點(diǎn)，棒內(nèi)每個(gè)磁分子相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流。在沒有外磁場的作用時(shí)，各分子環(huán)流的取向是雜亂無章的，如右圖（a）所示，它們的磁矩相互抵消，宏觀看來

4、，軟鐵棒不顯示磁性，稱它處于18/18未磁化狀態(tài)。當(dāng)線圈中通入電流后，它產(chǎn)生一個(gè)外磁場（這個(gè)由外加電流產(chǎn)生，并與之成正比的磁場，又叫磁化場，產(chǎn)生磁化場的外加電流叫勵(lì)磁電流。在磁化場的力矩作用下，各分子環(huán)流的磁矩在一定程序上沿著場的方向排列起來（如圖b）所示。這時(shí)稱軟鐵棒磁化了。如圖（b）右方是磁化了的軟鐵棒的橫截面圖。由圖可以看出，當(dāng)介質(zhì)均勻時(shí)，由于分子環(huán)流的回繞方向一致在介質(zhì)內(nèi)部任何兩個(gè)分子環(huán)流中相鄰的那一對電流元方向總是彼此相反，它們的效果相互抵消，只有在橫截面邊緣上的各段電流元未被抵消，宏觀看來，這橫截面內(nèi)所有分子環(huán)流的總體與沿截面邊

5、緣的一個(gè)大環(huán)形電流等到效，如圖（c）右方。由于在各個(gè)截面的邊緣上都出現(xiàn)了這類環(huán)形電流（宏觀上叫它為磁化電流），整體看來，磁化了的軟鐵棒就象一個(gè)由磁化電流組成的“螺線管”（如圖c左方）。這個(gè)磁化電流的“螺線管”產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布如下圖所示。它在棒的內(nèi)部的方向與磁化場的方向一致，所以在棒內(nèi)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度比沒有鐵芯時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大了。這就是為什么鐵芯能夠使磁感應(yīng)通量增加的道理。正如討論電介質(zhì)時(shí)必須區(qū)分極化電荷和非極化電荷（即自由電荷）一樣，討論磁介質(zhì)時(shí)也必須區(qū)別磁化電流和非磁化電流也叫勵(lì)磁電流。前者是分了電流因磁化而呈現(xiàn)的宏觀電流，它不伴隨著

6、帶電粒子的宏觀位移。非磁化電流也叫傳導(dǎo)電流或自由電流。?3、磁化強(qiáng)度???定義：?它是一個(gè)宏觀矢量點(diǎn)函數(shù)。其中是物理無限小。如果磁介質(zhì)中各點(diǎn)磁化強(qiáng)度相同，則說它是均勻磁化的。例如，軟鐵棒，安它處于未磁化狀態(tài)時(shí)，各個(gè)分子磁矩的取向雜亂無章，它們的矢量和，從而棒內(nèi)的磁化強(qiáng)度。在有磁化場的情況下，棒內(nèi)的分子磁矩在一定程度上沿著方向排列起來，這時(shí)各分子磁矩的矢量和將不為0，且合成矢量具有的方向，從而磁化強(qiáng)度矢量就是一個(gè)沿方向的矢量。分子磁矩定向排列和程度越高，它們的矢量和的數(shù)值就越大，從而磁化強(qiáng)度的數(shù)值就越大?？梢?，上述定義的磁化強(qiáng)度確是一個(gè)能夠反

7、映介質(zhì)磁化狀態(tài)的物理量。4、磁介質(zhì)的分類實(shí)踐和理論都表明，磁介質(zhì)按其磁特性可以分為三類：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。（1）順磁質(zhì)：分子的固有磁矩不為零（線性磁介質(zhì)）???18/18每個(gè)分子中的各電子的運(yùn)動(dòng)對外總的磁效應(yīng)可等效一個(gè)小環(huán)形電流（形成分子固有磁矩）。（物理無限小體元中在大量分子，無外磁場時(shí)總磁矩為0；同時(shí)每個(gè)分子中有多個(gè)電子）（2）抗磁質(zhì)：分子的固有磁矩為零（線性磁介質(zhì)）???每個(gè)分子中的各電子的運(yùn)動(dòng)對外總的磁效應(yīng)為零（形成分子固有磁矩為零）。（3）鐵磁質(zhì)：非線性磁介質(zhì)，情況復(fù)雜，后面單獨(dú)討論。5、磁化規(guī)律（各向同性的線性磁介質(zhì)）順磁

8、質(zhì)、抗磁質(zhì)的磁特性與鐵磁質(zhì)有很大不同，可以合稱為非鐵磁質(zhì)；非鐵磁質(zhì)又有各向同性與各向異性之分。實(shí)驗(yàn)表明，一般情況下，對各向同性的非鐵磁質(zhì)中的每一宏觀點(diǎn)，其磁化強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方