第九章 磁场中的磁介质14809.ppt

* 磁畴图象 第九章 有磁介质时的磁场 上章讨论了电流和运动电荷在真空中产生的磁场。 本章将讨论电流和运动电荷在实物（称之为磁介质） 中产生的磁场。 主要任务 * 以实物物质的电结构为基础简单说明磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质。 * 类似讨论电介质的方法研究磁介质对磁场的影响。 介绍描述磁介质中磁场的物理量磁场强度 、 磁化强度以及它们所遵守的普遍规律。 * 介绍工程技术上广泛应用的铁磁质的特性 §9.1 磁介质对磁场的影响 §9.2 磁介质的磁化 ?§9.3 有磁介质时磁场的规律 §9.4 铁磁质 本章目录 §9.1 磁介质对磁场的影响磁介质（magnetic medium）是能够影响磁场分布的物质。 传导电流， 介质磁化 均匀各向同性介质 有：μr ─相对磁导率 （relative permeability） I0 I0 均匀各向同性磁介质 长直密绕螺线管 总磁感强度 充满磁场所在空间时， ▲ 弱磁质， ? 顺磁质（paramagnetic substance） 如：Mn ，Al，O2，N2 … ? 抗磁质（diamagnetic substance） 如：Cu，Ag，Cl2，H2 … ▲ 铁磁质（ferromagnetic substance） 如：Fe，Co，Ni … 磁介质的分类： 一 . 电子的磁矩 I S m 电子的轨道运动电流 轨道磁矩 电子轨道运动的角动量 电子轨道磁矩与轨道角动量的关系： 电子自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系： §9.2 磁介质的磁化 质子轨道磁矩 中子无轨道磁矩。 质子和中子都有自旋磁矩： g 称为 g 因子， 质子g = 5.5857， 中子g = ? 3.8261。 整个原子核的自旋磁矩 为核的自旋角动量， 因子g由原子核决定。 由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。 二 . 质子和中子的磁矩 三 . 原子核的磁矩 四 . 分子磁矩和分子电流 电子轨道磁矩 电子自旋磁矩 原子核的磁矩 ( molecular magnetic moment ) (molecular current) i分 S分 m分 分子电流 i分 分子磁矩 m分 等效 在磁场作用下， 五. 磁介质的磁化 磁化（magnetization）： 介质出现磁性或磁性发生变化的现象。 1. 顺磁质的磁化顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子 m分 ? 10-23A·m2。 热运动使完全 显现磁性。 方向 , 0 B r 排列趋于 使 分 0 m B r r 混乱，不显磁性。 轨道和自旋磁矩的贡献）， 2 . 抗磁质的磁化 抗磁质的分子固有磁矩为 0。 不显磁性附加磁矩显示抗磁性 为什么反平行于 呢？ 以电子的轨道运动为例， 第 i 个电子受的磁力矩 电子轨道角动量增量 ∴ 电子旋进，它引起的感应 这种效应在顺磁质中也有， 不过与分子固有磁矩的转向效应相比弱得多。 i -e 磁矩 反平行于 * 磁化强度: 为了表征物质的宏观磁性或介质的 磁化程度，定义磁化强度矢量： 单位体积内分子磁矩的矢量和 它带来附加磁场的贡献。 符号 显然它与介质特性、温度与统计规律有关。 单位：安培/米 (A/m) 顺磁质 与 同向， 所以 与同方向 抗磁质 与 反向， 所以 与反方向， （?只有附加磁矩） 是描述磁介质的宏观量 六 . 磁化强度与磁化电流 （magnetization and magnetization current） 对顺磁质和抗磁质，实验表明： 对铁磁质，实验表明： 和 呈非线性关系， 而且是非单值对应关系 在均匀外磁场中，各向同性均匀的顺磁质被磁化， 未被抵消的分子电流沿着柱面流动，称为磁化面 电流。 ? 磁化面电流 磁化面电流也称为 束缚面电流或分子电流。 磁化面电流线密度= 在垂直于电流流动方向上 单位长度的分子面电流。 若在l长介质表面束缚分子 面电流为i′则其线密度为 设介质的截面积 S，则有： 介质内： 穿过L所围曲面?S 的磁化电流 则套住 dl 的分子电流： L 放大i分S 磁介质 设分子浓度为 n， ? S分 介质表面： 选 磁化面电流密度 ? 磁化强度的环流 普遍情况下 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。 电介质有 束缚电荷面密度的大小等于 电极化强度的法向分量。 以充满介质的螺旋管为例， 选如图回路，求环流 磁化强度沿任一回路的环流，等于 穿过此回路的束缚电流 i′的代数和 磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过 此回路的束缚电流 i′的代数和。 i′与L环 绕方向成右旋者为正，反之为负。 物理意义 与电介质中对比的公式 电极化强度 束缚电荷 束缚面电流 磁化强度 §9.3 有介质时的高斯和安培环路定理 ? 磁