《电磁波与天线仿真与实践》课件-电波与天线知识点4 磁场

《电磁波与天线仿真及实践》课件01电磁场是矢量场04导体与电介质02电荷与电场03电场强度与电力线复习上次课相关知识磁场本次授课内容高中知识复习归纳4磁源（磁铁、电流）磁感线磁场对电流的作用安培力：F=BIL左手定则磁场对运动电荷的作用洛仑兹力:f洛=Bqv左手定则磁铁电流（三种）磁场B安培定则(磁现象电本质)(B与I垂直)磁通量带电粒子在磁场的运动本次课内容5二、磁场的源一、对磁现象的一般认识三、磁场的对外表现四、磁感应强度B五、磁场强度六、磁力线七、磁通量及相关定理八、磁场的能量一、对磁现象的一般认识6天然磁石、人工磁铁、磁性、磁极（N极、S极）图磁铁和指南针SN一、对磁现象的一般认识7地磁场特点：地磁场的N极在地球南极附近，S极在地球北极附近。二、磁场的源8天然磁石、人工磁铁、流动的电荷（电流）：恒稳磁场 时变磁场时变的电场时变磁场二、磁场的源9三、磁场对外的表现10（2）磁场对引入磁场中的其它运动电荷或载流导体有磁力作用；（2）载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力将对载流导体做功。这些说明了磁场的物质性。

三、磁场对外的表现11磁场对引入磁场中的其它运动电荷或载流导体有磁力作用12左手定则磁场对引入磁场中的其它运动电荷或载流导体有磁力作用13练习14答案：C四、磁感应强度B15电流元是产生磁场的最基本的单元

电场强度曾被理解为单位正电荷所受到的电场力，则磁感应强度B也可以理解为单位电流元所受到的最大磁场力。单位：特斯拉（Tesla），国际代号为T

16磁场的方向一般是用小磁针来确定的。约定，在磁场中任一点，小磁针北极（N极）受力的方向，亦即小磁针静止时北极（N极）所指的方向，就是那一点的磁场方向。四、磁感应强度B17(1)通电直导线：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；

(2)通电螺线管：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。

(3)磁感线方向判断：在磁体外部磁感线由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。

四、磁感应强度B也可以按右手螺旋法则来确定。右手螺旋法则表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫安培定则。右手安培定则18右手安培定则19毕奥—萨伐尔定律20描述了电流产生磁场的基本规律。毕萨定律任一电流元Idl在给定点所产生的磁感应强度dB的大小与电流元Idl的大小成正比，与电流元和由电流元到点的矢径间的夹角的正弦成正比，而与电流元到点的距离r的平方成反比。磁感应强度的方向垂直于电流元Idl和矢径所组成的平面。毕奥—萨伐尔定律21图中，

x是场点的位置矢量，r是电流元到场点的距离，是这方向的单位矢量.

——图中，P点的dB沿什么方向？毕奥—萨伐尔定律22任意形状的载流导线在给定点产生的磁场，等于各段电流元在该点产生的磁场的矢量和而长为L的载流直导体在P点所产生的磁场无限长直线电流周围所产生的磁场呢？五、磁场强度23在同一导体中通以相同的电流时，那么在相同位置点不同媒质（磁导率不一样）中的磁感应强度B一样吗？答：是不一样的在研究磁场的基本性质时，也需要找出一个与媒质磁导率无关的量，这就是磁场强度H。它是一个矢量，其单位为安／米（A/m）。它与磁感应强度之间有如下的关系：

式中μ称为媒质的磁导率五、磁场强度24磁导率大、磁感应强度B也大，即它和媒质磁导率成正比。磁场强度H和电场中的电位移矢量D一样，均与媒质的性质无关。真空磁导率μ0=4π×10-7亨利/米（H/m）。其它媒质的磁导率与真空磁导率之比定义为相对磁导率，其值等于相对磁导率可用来评估一种导磁材料其磁化容易的成度，例如钢(steel)相对磁导率约介於2000～6000之间，空气的磁导率与真空几乎是相同的。五、磁场强度25(1)顺磁性物质。如铝、铂、铬、氮等。这类物质在外磁场的作用下，原分子的磁效应会有些改变，不完全抵消，对外呈现微弱的磁性，其附加磁场的方向随与原磁场相同，但量值极小，其相对磁导率约在μr≈1＋a×10-6。(2)逆磁性物质。如铜、银、金、铋、氢等。这类物质在外磁场的作用下，部分分子磁效应不能抵消，也会呈现微弱的磁性，但其附加磁场的方向和外磁场相反，其相对磁导率μr≈1－a×10-6。表1中列举了几种顺磁和逆磁材料的相对磁导率。表1顺磁性和逆磁性材料26表1顺磁性和逆磁性材料27（3）铁磁性物质。如铁、镍、钴、及其合金。这类物质在外磁场作用下，磁感应强度得到明显的增加，所以铁磁性物质具有很高的磁导率，其相对磁导率μr>>1。居里发现：当温度高到一定程度后，铁磁质转变成低磁导率的顺磁性物质，这一转变温度称为居里温度。（4）铁氧体。其基本化学式为MFe2O4，其中M代表铁、锰、镍、钴等二价金属原子。铁氧体是一种黑褐色陶瓷材料，它的特点是电阻率高，ρ＝108～1010Ω·m，铁磁损耗小。磁导率稍低于铁磁性材料，但也远大于1。当对铁氧体施加恒定磁场后，会变成各向异性，它在无线电领域获得广泛应用。表2几种常用铁磁性物质的相对磁导率28六、磁力线29至于如何表示磁场的强弱，我们规定：通过磁场中某点处垂直于B矢量单位面积的磁感应线数等于该点B矢量量值。磁感应线又简称为磁力线,是为了形象地描述磁场而引入的假想的曲线，实际上是不存在的。磁力线有以下几个特点：1、磁感线的密疏程度表示磁场的强弱。2、磁感线上任一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致。3、任何两条磁感线都不相交。4、磁感线是闭合曲线。六、磁力线30几种不同形状的电流所产生的磁场的磁感应线如图所示。图磁场的磁感应线电流磁场的截面图31××××····I·II·······×××××××××I××××····直线电流环形电流通电螺线管七、磁通量

32通过一给定曲面的总磁感应线数，称为通过该曲面的磁通量，用Φm或Φ表示。

磁通量的单位为韦伯（Weber），国际代号为Wb。对闭合曲面来说，一般规定取相外的指向为正法线的指向。

在曲面上取面积元dS，dS的法线方向与该点处磁感应强度方向之间的夹角为θ，这样，通过面积元dS的磁通量

dΦm＝BcosθdS＝B●dS

磁场中的高斯定理

33通过任一闭合曲面的总磁通量必然是零

静电学中的高斯定理

安培环路定理34真空中磁感应强度B沿任意闭合环路L积分，等于穿过这个环路的所有电流强度的代数和I的μ0倍。安培环路定理35八、磁场的能量36如果通电螺线管产生磁场的磁能密度（即单位体积内的磁能）为

这里H为环形螺线管中心线上的磁场强度值。若磁能Wm的单位为焦耳（J），则磁能密度wm的单位为焦耳／米3（J／m3）。该公式虽然是从特例得出的，但可以证明它对任何磁场均实用。对于非均匀磁场，可在整个磁场对上式进行积分求得：

总结37磁场的源、电流与磁场磁场的对外表现磁感应强度与磁场强度磁介质与磁导率磁力线磁通量