1.1.4 磁场强度
如果磁介质中有磁场,则磁介质被磁化。此时磁介质中的磁场必须引入磁场强度(H)来描写,其定义为
磁场强度的量纲为A/m,由量纲可以看出,H物理意义为每米导线上的电流值。真空中的磁场强度
将式(1.1.11a)进行简单的变形可得
B=μH (1.1.11c)
由式(1.1.11c)可知,测出B-H的关系曲线,其斜率就是μ。B-H的关系曲线称为磁化曲线,如图1.1.3所示。曲线②:非铁磁性物质的磁化曲线;曲线①:铁磁性物质的磁化曲线,其中Oa:弯曲段;ab:近似直线段;bc:饱和段。
下面对于铁磁性物质的磁化曲线进行分析,这里将H,即每米导线上的电流视为激励磁场的源(因为产生磁场的唯一原因是电流),而B是H与μ共同作用的结果。其磁化过程如下:
图1.1.3 磁化曲线图
(1)铁磁物质内部可以分成很多具有磁极性的磁性小区域,称为磁畴,这样的磁畴大小约为10-9cm3,当不加激励源H时,热运动使磁畴极性相抵消,对外不显磁性,即为曲线原点(H=0,B=0)。
(2)外加较小H(电流小),磁畴开始旋转(同性斥、异性吸),使其趋向与外加H相同的方向,但由于静摩擦力大,所以这种旋转使介质中的B增加较慢,对应Oa段。
(3)外加H增大,磁畴旋转加快,其趋向与外加H相同的方向速度加快,B快速增加,B和H近似线性关系,对应ab段(直线段);
(4)外加H继续增大,几乎所有磁畴都已经趋向与外加H方向一致,磁畴旋转近似停止,即B近似不变,对应bc段(饱和段)。
由磁化曲线②和①的形成机理可得
B介=B0+B附加 (1.1.12)
而真空中的磁感应强度B0=μ0H。
由式(1.1.12)可知,欲求出介质中的磁感应强度B介,必须求出B附加。仿照电场强度的分析方法,引出磁化强度M,它定义为
B附加=μ0M=μ0χmH (1.1.13)
式中:M为磁化强度,χm为磁化率。
将式(1.1.13)代入式(1.1.12),可得到磁场中的基本矢量之间的关系:
这里
μ=μrμ0 (1.1.15)
μr=(1+χm) (1.1.16)
通过本节的分析我们认知了电磁场的4个基本物理量,那么这4个量在空间中按什么规律分布呢?这就需要研究电磁场的基本关系,这些基本的关系就概括为电磁场的基本方程。