稳恒磁场 06.ppt

Harbin Engineering University 孙秋华 * 第2章 物质的磁性 2.1.1 磁介质对磁场的影响 * 相对磁导率: 实验发现：有、无磁介质的 螺旋管内磁感应强度的比值， 可表征它们在磁场中的性质。 2.1.2 磁介质的分类： I I B0 I I B 超导体是理想的抗磁体 1.顺磁质: 如氧、铝、钨、铂、铬等。 2.抗磁质: 如氮、水、铜、银、金、铋等。 3. 铁磁质: 如铁、钴、镍等 §2.1 磁介质对磁场的影响 §2.2 顺磁质和抗磁质的磁化 分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为决定磁介质的特性。 原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对 应有轨道磁矩和自旋磁矩。 用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总和，称为分子电流、分子的固有磁矩。 ? pm r 2.2.1 分子磁矩 ? f pm B0 v ? f pm B0 v ?pm ?pm 2.2.2 磁化的微观机制 在外电场B0作用下： *?与B0反向： 而且： 与B0同方向 则：?pm与B0反方向。 *?与B0平行且同向： 与B0同方向 而且： 则：?pm与B0反方向。 进动 进动 进动 结论：无论?与 B0 同向，还是反向, ??总是与 B0同 向，导致 ?pm 总与B0 反向，在理论上可以证 明当 ? 与 B0 成任意角时， ??总是与 B0的方 向一致，从而导致 ?pm总是与 B0方向相反。 由于顺磁质和抗磁质电结构不同，导致它们产生磁效应的 根源不同。 磁介质的电结构： 构成顺磁质的分子为（1）类分子； 抗磁质的分子为（2）类分子。 2.2.3 顺磁质和抗磁质的极化 （1）分子中，各电子的磁矩不完全抵消，整个分 子具有磁矩 Pm （2）分子中，各电子的磁矩完全抵消，整个分 子不具有磁矩，即Pm=0 两种磁介质磁效应的来源： 顺磁质：每个分子都有固有磁矩，在无B0时，由于分子 磁矩取向的无规则，所以 ?pm=0介质处于未磁 化状态，在有外磁场时，每个pm 将受到一力矩 作用，其趋势使各个 pm转到外磁场方向上去， 在一定程度上沿B0排列起来，此种介质pm???pm, ??pm可以忽略，所以B= B0+ B ? B0. 无外磁场 顺 磁 质 的 磁 化 分子圆电流和磁矩 有外磁场 抗磁质：每个分子都没有固有磁矩，在无 B0 时， 则有 ?pm=0， 介质处于未磁化状态，在 有外磁场时，每个电子?pm都与B0方向相 反，使整个分子内产生与 B0 相反的附加 磁矩 ?pm，使B= B0+ B? ? B0 说明 外磁场B0与磁介质相互作用，使其 处于特殊状态能产生新的磁矩，或 者说附加的磁场B?, 这过程为磁化。 同向时 反向时 无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场 抗磁质的磁化 抗磁质磁化的微观机制和宏观效果 顺磁质磁化的微观机制和宏观效果 2.2.4 磁化的宏观效果 2.3.1 束缚电流：（磁化面电流） 在均匀外磁场中，各向同性均匀的磁介质被磁化，未被抵消的分子电 流沿着柱面流动，称为磁化面电流 §2.3 磁化强度：（描述磁介质被磁化强弱及方向的物理量） 顺磁质： 抗磁质： 说明：1.M是矢量，单位安培/米。 2.实验证明： 3.M 与介质特性、温度有关。 ?m称为磁化率. 设 js 为圆柱形磁介质表面上“每单位长度的束缚面电流”。 （称磁化表面电流的线密度），S为磁介质的截面，l为所 选取的一段磁介质的长度 IS IS 分子电流 说明：一般情况下，束缚电流线密度的大小等于磁化强度的 切向分量。 2.3.2 磁化强度的环流 在均匀外磁场中， 各向同性顺磁质均匀的 被磁化。 磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的分子电流 IS的代数和. ? 其中：B为总场强; I为传导电流; Is分子电流 2.4.1 有介质存在时的安培环路定理 §2.4 磁介质中的安培环路定理 定义磁场强度 则有：