第12章介质中的磁性.ppt

* 第三篇 电磁学 第12章 介质中的磁性 第12章 介质中的磁性 Magnetism in Matter 第1节 顺磁性与抗磁性 第2节 磁化强度与介质 的磁化规律 第1节 顺磁性与抗磁性 Paramagnetism and Diamagnetism 一、磁介质的磁效应 定义: 1.磁介质的分类 ——相对磁导率 电介质的极化 磁介质的磁化： 相对介电常数 1 →顺磁质 如：氧、铝、钨、铂、铬等 如：氮、水、铜、银、金、铋等 如：铁、钴、镍等 ?r 不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同： →抗磁质 →铁磁质 注：顺、抗磁质是弱磁性材料 铁磁质是强磁性材料 2 2.物质的磁性起源 （1）分子磁矩 分子中电子的运动 绕核运动 →电流环 →轨道磁矩 自旋运动 →自旋磁矩 两种运动磁效应的总和 等效 分子 圆电流 *分子的 “固有磁矩” - ? + 3 类似电介质的讨论，从物质微观电结构来 说明物质磁性的起源。 分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为 决定介质的特性。 *分子的 “附加磁矩” w z W 陀螺 进动 —电子的进动 4 ——附加磁矩 （2） 顺磁、抗磁特性的微观解释 1o 顺磁性 磁化面电流 **B0?强，温度越低（热运动缓慢） , 磁化面电流越大, 磁化越厉害。 ∥ N S 注：*在有外场时， 是顺磁质产生磁效应的主要原因 分子固有磁矩 5 2o 抗磁性 电子附加一个磁矩 ∑ 当没有外磁场时 附加磁矩 是抗磁质产生磁效应唯一的原因 当有外磁场时 与 方向永远相反 与 方向也相反, 所以抗磁体内 注 表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成！ 6 不显磁性 电子磁矩完全抵消,固有磁矩为零。 3o 超导体的完全抗磁性 超导体：在临界温度以下 电阻变为零。 将超导体放入外磁场中 体内 ——迈斯纳效应 应用： 制成磁悬浮列车、 无摩擦轴承等。 N N 7 *顺磁性介质处在外磁场时 其体内磁场： **抗磁性介质处在外磁场时 其体内磁场： 问：若将一磁介质放入磁场中，你如何 判断该介质是顺磁还是抗磁介质？ N S 小结： 8 第2节 磁化强度与介质的磁化规律 一、磁化强度矢量 Magnetization and Magnetizing Regularity of Materials 1.磁化强度矢量定义 ——单位体积内分子 磁矩的矢量和 9 为了表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度， 引入物理量——磁化强度矢量。 单位：安培/米 (A/m) 显然: 它与介质特性、温度与统计规律等有关. 顺磁质 与 同向，所以 与 同方向。 抗磁质 与 反向，所以 与 反方向。 2.磁化强度矢量 与磁化面电流 I?的关系 设长为l, 横截面为S的柱形介质在外磁场中沿 轴向被均匀磁化, 表面束缚面电流为I?。 介质的体积为 ?V内的分子磁矩之和为 ︳ ︳ l I? ︳ ︳ ︳ ︳ ——面电流密度 × 磁化强度的环流 更一般的证明为 L 比较电介质 束缚电荷面密度 等于电极化强度 的法向分量。 10 二、磁介质中宏观磁场的规律 1.有介质时的安培环路定理 在有介质的空间，传导电流与磁化电流 共同产生磁场： 即 传导电流 磁化电流 定义磁场强度 11 则有 ——有介质时的 安培环路定理 单位: 安培/米（A/m） 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的传导电流的代数和。 2. 三矢量之间的关系 实验指出：各向同性的线性磁介质有 ——介质磁化率 那么 其中 即 ?m 与 ?r 均为纯数, 描述磁介质特性的物理量。 顺磁介质 抗磁介质 真空 超导体 12 相对磁导率 介质磁导率 比较磁介质中的磁场与电介质中电场的有关规律 13 例1. 长直螺线管内充满均匀磁介质?r, 单位长度上 上的匝数为n, 通有电流I 。 求: 管内的B, 磁化强度M及表面束缚电流密度i?。 解： 顺磁质 抗磁质 × 根据安培环路定理，取图示的回路， × × . . . 14 则有 又 对称场有磁介质时,只需将 “B” 中 的 ?0 ?? 即可。 解题一般步骤 由I传 15 注： 毕—萨定律有 真空 介质空间 例：无限长载流直导