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电磁场之磁介质的磁化和媒质的传导特性-11

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1 磁介质的磁化

    研究物质的磁效应时,将物质称为磁介质。在物理学中,通常用一个简单的原子模型来解释物质的磁性。
  • 轨道磁矩:电子在自己的轨道上以恒定速度绕组原子核运动,形成一个环形电流,它相当于一个磁偶极子,将其磁偶极矩称为轨道极距;
  • 自旋磁矩:电子和原子核本身还要自旋,这种自旋形成的电流也相当于一个磁偶极子,将其磁偶极矩称为自旋磁矩;
    通常忽略原子的自旋,每个磁介质分子(或原子)等效于一个环形电流,称为分子电流(束缚电流)。分子电流的磁偶极矩称为分子磁矩,表示为:
图1 分子电流模型
图2 磁介质的磁化模型
    将以上讨论归纳一下可以看出,磁介质与磁场的相互作用表现在两个方面:
  • 外加磁场使磁介质中的分子磁矩沿外磁场取向,磁介质被磁化;
  • 被磁化的磁介质要产生附加磁场,从而使原来的磁场分布发生变化;
     磁介质被磁化后,其内部和表面可能出现宏观电流分布,这就是磁化电流。正如电介质被磁化后的极化电荷及极化强度密切相关那样,磁介质的磁化电流也和磁化强度密切相关。
图3 穿过S面的磁化电流与磁化强度的关系
    这就是磁介质内磁化电流体密度与磁化强度的关系式,可用来计算磁化介质介质内部的磁化电流分布。

2 磁场强度和磁介质中的安培环路定理

    前面分析了磁介质的磁化以及磁化后的磁介质产生的宏观磁效应这两个方面的问题磁化电流就是把这两个方面联系起来的物理量因此在无 界的磁介质内的磁场相当于传导电流I和磁化电流IM在无 界的真空中产生的磁场的叠加将真空中的安培环路定理推广到磁介质中

    即考虑磁化电流也是产生磁场的旋涡源,可得:
    对上式取面积分并应用斯托克斯定理:
    这是磁介质中的安培环路定理的积分形式,它表明磁场强度沿磁介质内任意闭合路径的环量,等于与该闭合路径交链的传导电流。

3 磁介质的本构关系

表1 部分材料的相对磁导率

4 求解圆筒形磁化电流分布

图4 圆筒形磁介质

5 媒质的传导特性

    导电媒质内部有许许多多能自由运动的带电粒子(自由电子或正、负粒子),他们在外电场作用下可以做宏观定性运动而形成电流。
表2 部分材料的相对电导率
    则电场对单位体积提供的功率为:

    电场提供的功率以热的形式作为焦耳热消耗在导电媒质的电阻上上式称为焦耳定律的微分形式

    整个体积V中的导电媒质消耗的功率为:此即为焦耳定律的积分形式。



来源:电机设计青年
电子Creo电场电机材料
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首次发布时间:2026-07-01
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电机设计青年
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