电磁学 磁介质.ppt

北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 第五章 磁介质 磁介质磁化 有介质存在时的磁场 各种磁介质 边界条件 作业：p208 5-1、2、3、5、6 * 北京大学物理学院王稼军编 * 北京大学物理学院王稼军编 磁介质 (研究方法与电介质类比） 磁场 磁介质 磁化 后果影响外场 场对介质的作用和介质的磁化互相影响、 互相制约 研究方法 磁荷观点 分子环流 以此观点讨论 物质的磁性起源于原子的磁性 原子磁性 量子力学 严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上 * 北京大学物理学院王稼军编 磁性、磁介质、磁化 磁性： 物质的基本属性之一，即物质的磁学特性 吸铁石——天然磁体 —— 具有强磁性 多数物质一般情况下没有明显的磁性 磁介质（magnetic medium）： 对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 一般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性，即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质 磁化（magnetization） 在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而改变原来空间磁场的分布 * 北京大学物理学院王稼军编 “分子电流”模型 问题的提出 为什么物质对磁场有响应? 为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应,即具有不同的磁性？ 与物质内部的电磁结构有着密切的联系 分子电流 安培的大胆假设 磁介质的“分子”相当于一个环形电流，是电荷的某种运动形成的，它没有像导体中电流所受的阻力，分子的环形电流具有磁矩——分子磁矩，在外磁场的作用下可以自由地改变方向 * 北京大学物理学院王稼军编 假设的重要性 把种种磁相互作用归结为电流——电流相互作用，建立了安培定律——磁作用理论 以“分子电流”模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极化与磁化的内在联系 其实在安培时代，对于物质的分子、原子结构的认识还很肤浅，电子尚未发现，所谓“分子”泛指介质的微观基本单元 继续 * 北京大学物理学院王稼军编 “磁荷”模型要点 磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸 磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律） 定义磁场强度 H为单位点磁荷所受的磁场力 把磁介质分子看作磁偶极子 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负磁荷聚集两端的过程，磁体间的作用源于其中的磁荷 但没有单独的磁极存在——？ 返回 * 北京大学物理学院王稼军编 现代的观点 分子磁矩 m分子= ml+ ms （矢量和） 轨道磁矩ml ：由原子内各电子绕原子核的轨道运动决定 自旋磁矩ms ：由核外各电子的自旋的运动决定 所谓磁化： 就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布（无序）—— 整齐排列（有序） 每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子 磁化了的介质内分子磁矩矢量和? m分子?0 分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流I’ （虽然不同的磁介质的磁化机制不同） * 北京大学物理学院王稼军编 磁化的描绘 p188 磁化强度矢量 M 为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度），引入磁化强度矢量M的概念 磁化后在介质内部任取一宏观体元，体元内的分子磁矩的矢量和? m分子?0 磁化程度越高，矢量和的值也越大 M:单位体积内分子磁矩的矢量和 * 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流 介质对磁场作用的响应——产生磁化电流 磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。 它也能产生磁场，满足毕奥-萨伐尔定律，可以产生附加场B’ 附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。 各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵销，形成磁化电流 * 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流与传导电流 传导电流 载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律 磁化电流 磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果 相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律 不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应 * 北京大学物理学院王稼军编 磁化的后果 三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 ——磁化，之间必有联系，这些关系——磁介质磁化遵循的规律 * 北京大学物理学院王稼军编