北京化工大学 普通物理学14磁场中磁介质.ppt

* * * 第14章 磁场中的磁介质 14.1 磁介质对磁场的影响 14.2 原子的磁矩 14.3 磁介质的磁化 14.4 磁介质中的安培环路定理 14.5 铁磁质 14.6 简单磁路 本章主要内容 基本要求 1. 了解磁介质的磁化现象及其微观解释。 2. 了解各向同性介质中磁感应强度和磁场强 3. 了解铁磁质的特性。 度的联系和区别，了解磁介质中的安培 环路定理。 14.1 磁介质对磁场的影响 1. 磁介质—— 在考虑物质受磁场的影响或它对磁场 的影响时，物质统称为磁介质。 2. 磁介质对磁场的影响 B0：管内为真空或空气时 的磁感应强度 磁介质的相对磁导率 铜　 铝 纯铁 B：管内充满磁介质时的磁感应强度 3. 磁介质的分类 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 如 锌、铜、水银、铅等 如 锰、铬、铂、氧等 弱磁性物质 顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 如 纯铁、硅钢、坡莫合金等 14.2 原子的磁矩 闭合电流的磁矩： 在外磁场中受到的磁力矩： 核外电子轨道运动：r v，估算磁矩大小。 经典理论： 原子内电子轨道运动形成的电流： 电子轨道运动的磁矩： 电子轨道运动的角动量： 电子的轨道磁矩： 分子磁矩可用一个等效的圆电流I（分子电流）来表示。 I m 分子磁矩 电子的轨道磁矩 电子的自旋磁矩 核的自旋磁矩 矢量和 分子在正常情况下，其磁矩的矢量和不为零， 分子在正常情况下，其磁矩的矢量和为零，即分子固有磁矩为零。 磁介质 → 顺磁质： ——分子固有磁矩。 抗磁质： 1. 顺磁质 有外场： 磁矩转向，磁化。 分子固有磁矩不为零 取向无规则，不显示磁性。 无外场： 电子轨道半径不变 外场方向与电子轨道磁矩方向相反： 外场方向与电子轨道磁矩方向相同： 2. 抗磁质 结论：在外磁场作用下，电子的轨道运动和自旋运动以及原子核的自旋运动都会发生变化，产生一附加磁矩 ，附加磁矩总是与外磁场 方向相反。 注：顺磁质也有抗磁效应，但较顺磁效应小得多。 + + —感生磁矩 无外场： 不显示磁性 有外场： 14.3 磁介质的磁化 一、磁介质的磁化 二、磁化强度 三、磁化强度与束缚电流 一、磁介质的磁化 顺 磁 质 磁介质的磁化：磁介质放到外磁场中时，在磁介质的表面出现束缚电流的现象。 顺磁质的束缚电流的方向与外磁场的方向符合右手螺旋关系，其产生的磁场要加强磁介质中的磁场； 抗磁质的束缚电流的方向与外磁场的方向符合左手螺旋关系，其产生的磁场要减弱磁介质中的磁场； 顺磁质放到外磁场中时，它的分子的固有磁矩要沿着磁场方向取向； 抗磁质放到外磁场中时，它的分子要产生感生磁矩。 束缚电流（或磁化电流）：磁介质放到外磁场中时，在磁介质的表面出现一电流。 二、磁化强度 磁化强度：单位体积内分子磁矩的矢量和 实验给出：在一般实验条件下，各向同性的顺磁质或抗磁质（以及铁磁质在磁场较弱时）的磁化强度都和外磁场成正比，即 ：真空磁导率 ：相对磁导率 ：磁导率，单位与 相同 磁化强度越强，说明磁介质磁化程度越强 (A/m) 三、磁化强度与束缚电流 ? dl L 只有环绕曲线L的分子电流才对通过曲面S的电流强度I有贡献。 　先计算环绕dl的分子电流 对I的贡献。 以dl为母线作一斜圆柱体，其两底与分子电流所在平面平行，底的半径等于分子电流的半径a 。只有中心处在该斜圆柱体的分子电流才环绕dl， S 闭合路径L包围（通过曲面S）的总束缚电流： 以n表示单位体积的分子数 14.4 磁介质中的安培环路定理 — 磁场强度 —稳恒磁场、磁介质中的安培环路定理 磁介质中的安培环路定理： 磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于该回路 所包围的自由电流的代数和。 — 磁介质的磁化率 和 关系的进一步推导： 说 明 1、在国际单位制中，磁场强度的单位为A/m。 2、引入磁场强度后，安培环路定律的右边只包含自 由电流，便于计算。 3、磁场强度仅仅是一个辅助量，真正有意义的是磁感应强度。 讨论： 实验表明，在各向同性均匀磁介质中， 和 成正比。 例14.1 同轴电缆由两同心导体组成，内层是半径为R1的导体圆柱，外层是半径分别为R2、R3的导体圆筒。两导体内电流等量而反向，均匀分布在横截面上，导体的相对磁导率为? r1，两导体间充满相对磁导率为? r2的不导电的均匀磁介质。试求在各区域中的B分布。 解：由安培环路定理，取半径为r的环路，则： 例14.2