第14章_磁介质.ppt

本章结束 The End of This Chapter * * * * * * * * * * * * Medium in Magnetic Field 本章主要内容 §14-1 磁介质 磁化强度 §14-2 磁场强度 磁介质中的安培环路 §14-3 铁磁质 §14-4 简单磁路 第14章 磁场中的磁介质 磁介质是所有实物物质的统称。 物质由带电粒子（分子、原子）组成，原子中存在运动电荷，它们会受到磁场的作用。因此，磁场和磁介质会产生相互作用。 磁场和磁介质的相互作用相似于电场和电介质的相互作用，研究方法也是类似的。 电介质：极化 束缚电荷 极化强度 电位移磁介质：磁化 束缚电流 磁化强度 磁场强度 §14-1 磁介质 磁化强度 Influence of a Magnetic Medium exerting on Magnetic Field ? 磁介质的分类 如氧、铝、钨、铂、铬等 如氮、水、铜、银、金、铋等 超导体是理想的抗磁体 ? 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 B 和 B0 不相等，但它们的比值表征磁介质本身的性质。 如铁、钴、镍等 强磁介质 弱磁介质 顺磁质 抗磁质 铁磁质 虚线代表真空的磁性能 相对磁导率: a代表铁磁 b代表顺磁 c代表抗磁 ? 磁化电流与附加磁场 磁化在宏观上表现为：磁介质表面产生一种束缚在介质内部的等效电流——磁化（面）电流，或束缚（面）电流。 束缚：分子中电子运动的集体表现。 （附加磁场） （外磁场） 总磁场： 总之，原子中每一个电子的运动（包括自旋）都产生一个磁矩，它的方向总是与电子的角动量反向。 ? 电子的磁矩 轨道角动量 电子绕原子核作圆周运动，等效于有电流 ，有磁矩： 自旋磁矩 自旋角动量 轨道磁矩 电子的轨道磁矩---电子围绕原子核转动 电子的自旋磁矩---可看做带电球体的转动（贡献较小） 原子核的磁矩 ---可看做带点球体的转动（比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计。） 物质的磁性 目前人类所知，磁场都是源自于电荷运动 物质的磁性主要来源于电子的轨道磁矩 ? 感生磁矩 1. 磁化的微观机制 电子具有角动量，且高速转动，类似于陀螺的运动。电子在受到磁场力矩作用时会产生进动。 进动的结果是这个电子在磁场 的反方向产生一个附加磁矩 。 每个电子的附加磁矩的总和，就构成了分子在被磁化时的感生磁矩。感生磁矩的方向总是与磁场方向相反。 不论是抗磁质还是顺磁质，感生磁矩是普遍存在的。 外磁场 感生磁矩 ? 抗磁质的磁化 抗磁质分子的固有磁矩等于零。 无外磁场时：宏观不显磁性。 有外磁场时：在外磁场作用下，产生感应磁矩 。 附加磁场 分子感应磁矩在宏观上形成束缚电流 ，它产生附加磁场 。 有序排列的分子磁矩，在宏观上形成束缚电流 ，它产生附加磁场 ， ? 顺磁质的磁化 固有磁矩 外磁场 附加磁场 无外磁场时：分子固有磁矩无规则排列。宏观上不显磁性。 有外磁场时：分子固有磁矩在磁场作用下向磁场方向偏转。 （无序?有序） 抗磁质分子的固有磁矩不为零。 说明：? 抗磁效应普遍存在。顺磁质中也有，只是顺磁质的磁化效应大于抗磁效应，宏观就表现为顺磁性。 ? 铁磁质的磁化机制类似于顺磁质。铁磁质中存在一种天然磁化单元——磁畴（在一个微观较大的区域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁场的作用使磁畴的排列趋向于磁场方向，由于有序性很强，宏观上表现强磁化。 ? 磁化强度 在磁介质中任取一宏观小、微观大的体积 ，设 表示 内所有分子磁矩（感生、固有）的矢量和，则磁化强度定义为： ? 理论上可以证明： ? 束缚面电流密度与磁化强度的关系为： ? 实验证明：均匀、各向同性的弱磁介质被磁化时，有 ，或 ? 磁化场强度的环流等于与回路 相套的束缚电流的电流强度 ： §14-2 磁场强度 磁介质中的安培环路 Circuital Theorem for H 把安培环路定理应用到有磁介质的情况中，有 引入磁场强度 得 的环路定理 于是有 定理：沿任一闭合路径磁场强度的环路积分等于与该闭合路径相套的自由电流的代数和。 自由电流 束缚电流 对均匀、各向同性的磁介质： 磁导率： í 磁场强度 是一个辅助量，它本身无物理意义与 类似 í 利用 的环路定理可以在有对称性的情况下，求出 ；进而求出 的分布（均匀、各向同性介质 ） [例1] 计算均匀密绕、充满磁导率为 mr的均匀各向同性磁介质的环形螺线管内部的磁场强度、磁感应强度、介质的磁化强度和磁化面电流密度。已知励