第5章 磁与物质作用2016.ppt

* 第五章 磁场与物质相互作用 ——物质中的磁场与磁性材料 5.1 磁化强度、磁化电流及磁场强度 1. 磁化强度 分子环流和分子磁矩 安培：物质磁性起源于物质内部有规则排列的分子电流。 分子电流环 ? 分子磁矩 磁化：使物质具有磁性的过程 分子（原子）磁矩 = 电子轨道磁矩 + 电子自旋磁矩， 核磁矩可以忽略。 磁化强度 反映介质磁化状态的物理量（类比电场中极化强度） 定义： ?V：宏观小，可反映磁介质磁化状态的非均匀性； 微观大，可反映磁化强度的统计特性 非磁化时， 磁化时， 电子轨道磁矩和自旋磁矩 实验中发现银原子出现两个斑痕（谱线有一宽度是因为Ag原子的初速度有一分布），这意味着l =1/2？ 1927年费普用基态H原子做类似实验，也发现两个分立束斑。 for his contribution to the development of the molecular ray method and his discovery of the magnetic moment of the proton“ （1943） ??????????????????????????????? z ? 经典预言 实验结果 实验装置 量子预言 for the discovery of new productive forms of atomic theory ??????????????????????????????? for the development of the ion trap technique 1989 Nobel ??????????????????????????????? ??????????????????????????????? 2. 磁化电流 磁化电流的形成 磁化电流与磁化强度的关系 为通过S面的总磁化电流 对于均匀磁化介质 磁化电流只能存在于非均匀磁化介质中或不同介质的界面上 介质磁化后会在表面产生宏观的磁化电流 n i’ 介质表面或界面上的磁化电流 M2 M1 均匀磁化的磁介质棒轴线中点处的磁场？ ?1 ?2 d L 无穷长棒 薄片 磁化电流与传导电流比较 磁化电流不伴随电荷的宏观移动，传导电流则伴随电荷的宏观移动 磁化电流可存在于一切磁介质中（绝缘体或导体等），无焦耳效应；传导电流只能存在于导电物体中，有焦耳效应 不同点 相同点：均可激发磁场并受磁场作用 传导电流 I0 总电流 I = 磁化电流 I ? + B = B? + B0 由 I = I ? +I0 和 B = B?+ B0 依然成立 环路定理 如何处理？ 3. 磁场强度H 与磁介质中静磁场规律 磁介质中的安培环路定理 定义辅助矢量——磁场强度H 环路定理： 只与传导电流有关！ 涉及两个物理量B和H，类似于电场中的D与E中，还需要有类似的极化规律 才能使方程闭合。B与H的关系？ 由 5.2 磁介质的磁化规律 1. 非铁磁各向同性介质 对各向同性线性介质： 为磁化率 为相对磁导率 真空中 2. 各向异性介质 解释线圈中加入磁性材料可以增强磁感应强度和电感 为磁化率张量（九个分量） 顺磁 抗磁 顺磁质： 抗磁质： 原子（或分子）固有磁矩之和（轨道磁矩+自旋磁矩）= 0 3. 顺磁性及抗磁性 抗磁性材料： （所有材料均有抗磁性。当顺磁或铁磁性超过抗磁时，呈现顺磁或铁磁。 B L 即使L反向，进动的角速度也相同，且方向同 B 一致。因此两个旋转方向相反的电子由于拉莫进动产生的附加磁矩都与B反向，即产生抗磁性。 拉莫进动示意 附加磁矩 顺磁性材料： 原子（或分子）固有磁矩之和（轨道磁矩+自旋磁矩）? 0 顺磁热效应：温度越高，顺磁效应越弱 居里定律 居里-外斯定律 顺磁绝热去磁制冷 绝热去磁制冷可将温度降到?K甚至nK 4. 铁磁性材料 （Fe、Co、Ni、铁氧体等） MS: 饱和磁化强度； MR: 剩余磁化强度 HC: 矫顽力（大——硬磁 104~106A/m；小——软磁 ~A/m，磁滞回线狭窄） 磁化曲线、磁性温度关系 软磁、硬磁、矩磁（铁氧体） 铁磁性微观机制——磁畴 磁滞损耗做功： 单位体积 去磁曲线 加温、敲击 5. 反铁磁和亚铁磁 原子磁矩有序排列（顺磁性无序排列） 同一子晶格平行排列；不同子晶格反向排列； 两子晶格的自发磁矩大小相等。 FeO, CoO, NiO, MnO 反铁磁的磁矩排列及磁化行为 Neel 温度 亚铁磁的磁矩排列及磁化行为 同一子晶格平行排列；不同子晶格反向排列； 两子晶格的自发磁矩大小