大学物理 第十八讲 磁介质.ppt

R ?r i0 r P （非均匀场） （3）求表面磁化面电流密度 的方向：与轴平行、 沿表面向下； 的大小： R ?r i0 （4）求内部磁化电流密度 的分布 复习：磁介质内任一面积（周界为L）上 的磁化电流为 （若磁介质是均匀磁化的， 此题的磁介质是非均匀磁化， 所以内部会有磁化电流。 （即与L 有套连分子电流） * * 第 11 章 磁场中的磁介质 11.1 磁介质的磁化 什么是磁介质？ 能够影响磁场分布的物质。 I I 长直密绕螺线管 发现磁介质中的磁场： 磁介质上有磁化电流， 现在将一个长螺线管通电流 I，内部造成一个 均匀磁场,再将磁介质充满磁场（保持电流不变）。 实验发现：充各种磁介质，磁介质内的磁场 有的比真空时弱， 有的比真空时强。 ……该磁介质的相对磁导率 (1)抗磁质 略1 （铜,银,氢等） (2)顺磁质 略1 （铝,锰,氧等） (3)铁磁质 1 （铁,钴,镍等） 式中 ……磁介质的磁导率。 由于电子带电，电子绕原子核作轨道运动， 就相当于一个闭合载流线圈一样。 一 . 电子的磁矩 11.1.2 一般磁介质的磁化机制 其磁矩为 m = IS I……电流强度 S……载流线圈面积 所以有 I S m r 电子轨道运动的角动量 二 . 原子核的磁矩 同理，质子也有轨道磁矩。 中子不带电，无轨道磁矩。 但是质子和中子都有自旋磁矩（略）。 总之，原子核有个总磁矩。 电子轨道磁矩 电子还有自旋运动，自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系： 它比电子轨道磁矩约小一千多倍。 三 . 分子磁矩和分子电流 一个分子的磁矩是其中所有电子的轨道磁矩 和自旋磁矩以及原子核的磁矩的矢量和。 i分 1 . 顺磁质 顺磁质的 ≠0，称为分子固有磁矩。 一般由于分子的热运动, 完全是混乱的, 不显磁性。 这就是顺磁质被“磁化”。 外磁场越强，转向排列越整齐。 会发生转向而排列， 但是在外磁场中， S N i S N 顺磁质内部的各 分子等效磁矩 有一定程度的排列， 分子等效电流 I 使 顺磁质内部的磁场加强； 而且顺磁质会被磁铁吸引。 2 . 抗磁质 抗磁质的分子固有磁矩 =0。 但是在外磁 场中会产生感应磁矩。 以分子中某个电子的轨道运动为例, （注意：分子固有磁矩为零,分子中某个 电子的轨道磁矩不见得为零）, 该磁矩在外磁场中要受力矩 ， 设该电子的轨道运动角动量为 ， 轨道磁矩为 ， 有 的方向即 的方向（向里）。 所以 要进动。 （俯视为逆时针方向） 轨道进动附加的角动量 是与 的方向一致的, 所以这一进动相应的轨道磁矩（感应磁矩） 是与 反向的。 对电子的自旋运动和核的自旋运动，有类似的现象。 总之，一个抗磁质分子，在磁场中会产生一个与 外磁场反方向的感应磁矩，这个感应磁矩相应的 分子感应电流的方向如图所示， 这就是它的磁化。因此，在抗磁质内部的磁场 是被削弱的，而且抗磁质会被磁铁排斥。 S N i S N 虽然顺磁质也会产生感应磁矩, 但由于它远小于固有磁矩, 所以，顺磁质主要是固有磁矩起作用。 说明： 11.1. 3 磁化强度和磁化电流 一. 磁化电流 顺磁质在磁场中， 它的分子固有磁矩 沿外磁场排列起来。 在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性 发生变化的现象称为磁化。 以顺磁质为例： 顺磁质 对均匀的磁介质： 内部各点处的小分子电流相互抵消，表面上的小分子 电流方向相同没有抵消，相当在表面上有一层表面电 流流过。（磁化电流）（或束缚电流）, 记作 I’。 对顺磁质和铁磁质,磁化电流产生的磁场 是加强磁介质内部原磁场的; 磁化电流 I’的大小反映了磁化的强弱。 对抗磁质,磁化电流产生的磁场 是削弱磁介质内部原磁场的。 二. 磁化强度 磁化的强弱还可以用磁化强度来描述。 定义:磁化强度 （?V…宏观小、微观大。） 单位体积内 分子磁矩的矢量和。 对顺磁质: 平行于 对抗磁质: 反平行于 实验表明: 在各向同性的顺磁质、 抗磁质内,有线性关系 和 呈非线性关系） （对铁磁质： （记） 三. 磁化电流与磁化强度的关系 设其内部某点处 的 如图。 、 以顺磁质为例. 在该点处，任取一微小矢量元 ， 设它与 的夹角为 ?. 等效分子圆电流 为 I、半径为 r、 分子磁矩为