磁介质的磁化资料.ppt

§15.1 磁介质的磁化 磁化强度矢量 §15.2 磁场强度 有磁介质时的安培环路定理 §15.3 铁磁质 §15.4 ?磁路定理 第15章 磁介质的磁化 * 1. 磁介质 磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质。 §1 磁介质的磁化 磁化强度矢量 电介质极化： 磁介质磁化： 总磁感强度 外加磁感强度 附加磁感强度 磁化:磁介质在磁场中呈现磁性 在磁场的作用下产生附加磁场 的现象称为磁化。 磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质。 电学与磁学类比： * 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。 相对磁导率: 顺磁质： 如氧、铝、钨、铂、铬等。 磁介质 抗磁质： 铁磁质： 如氮、水、铜、银、金、铋等。 如铁、钴、镍等， 超导体是理想的抗磁体。 B?与B0 同方向， B?与B0 反方向， B?与B0 同方向， * 2.分子电流模型和分子磁矩 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合， 称为分子固有磁矩。 抗磁质： 顺磁质： 未加外磁场时: 在抗磁质中，原子或分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩矢量和为零。 类比：电介质的微观图象 有极分子、无极分子。 在外电场作用下，分别有取向极化、位移极化。 电偶极子模型： * 加外磁场时: 顺磁质： 当外磁场存在时，各分子固有磁矩受磁场力矩的作用，或多或少地转向磁场方向 —— 顺磁质的磁化。 怎么解释抗磁质： B ? B0，B?与B0 反方向 !!! * *电子的进动：在外磁场作用下，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动。 进动 可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，这种进动等效圆电流附加磁矩?Pm的方向永远与B0 的方向相反。 方向一致! 进动 * 抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和 有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。 在顺磁体内任意取一体积元?V，其中各分子固有磁矩的矢量和 将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。 3. 抗磁质的磁化 4. 顺磁质的磁化 抗磁质： 对顺磁质， 可以忽略 * 2010年首个诺贝尔奖+搞笑诺贝尔奖双料得主诞生 ——荷兰科学家Andre Geim。十年前他因磁悬浮青蛙获得搞笑诺贝尔奖。十年后他因石墨烯（graphene）的结构获诺贝尔奖。 青蛙属于抗磁质。当青蛙被放到磁场中，青蛙的每个原子都像一个小磁针，外界磁场对这些小磁针作用的结果产生了向上的力，如果磁场的强度适当，这力与青蛙受的重力达到平衡，它们就能悬在空中。 实际上动物都属于抗磁质，只要用足够强的磁场，就有可能使人悬浮起来。 * 反映磁介质磁化程度 大小与方向 的物理量。 均匀磁化 磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁化强度。 磁化强度的单位： 4. 磁化强度 注意：对顺磁质， 可以忽略； 对抗磁质 ，对于真空， 。 外磁场为零，磁化强度为零。 外磁场不为零: 顺磁质 抗磁质 * 5. 磁化电流 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵 消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表 面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流。 * 设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为jm （磁化面 电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流强度Im为 取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行 与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。 磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。 I Im l A B C D 对比 * 无磁介质时 有磁介质时 §2 有磁介质时的安培环路定理 定义磁场强度 磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。 对比 * 实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。 式中?m只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。 对比 * 值得注意：H 的引入为研究介质中的磁场提供了方便，但它不是反映磁场性质的基本物理量，B 才是反映磁场性质的基本物理量。 磁导率? ?0 ?r 对比 * 例：长直螺旋管内充满均匀磁介质?r，设电流 I0，单位长度上的匝数为 n 。求管内的磁感应强度。 解：因管外磁场为零，取如图所示安培回路 * 例: