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大学物理电子教案 The PowerPoint for College Physics 西北工业大学应用物理系 权王民 第16章 磁场中的磁介质 如果有介质存在时磁场的分布规律及处于磁场中的介质会发生什么变化？ 本章将研究有物质存在时稳恒磁场的性质和规律，及产生这种变化的微观机制。并讨论磁场中磁介质的变化—磁化规律。 §16.3 铁磁质的磁化特性 §16.1 磁介质的磁化与磁场 §16.2 介质的磁化特性— 抗磁质、顺磁质和铁磁质 §16.1 磁介质的磁化与磁场 Main Goals 处于磁场中的介质会显示磁性—磁化现象。同时磁化反过来会改变磁场的分布。本节将讨论置于磁场中的磁介质的磁化与磁场的变化规律。 Primary:介质的磁化与磁化强度矢量 Secondary:磁介质内的磁感应强度 Third:安培环路定律和高斯定律 1.磁介质的磁化 实验表明，有磁场存在时磁通量会发生变化，同时处于磁场中的物质会不同程度显示磁性——磁化现象。 一切物质都是磁介质，磁性是物质的固有属性之一，它是物质电结构的宏观表现。 （1）磁化现象 §16.1 磁介质的磁化与磁场 磁介质: 处于磁场中的物质称为磁介质。 分子环流微观模型：磁介质是由大量的磁分子组成，每一个磁分子构成一个环形电流—分子磁偶极子。 加磁场后，受磁转矩作用，分子环流取向趋于磁场方向。 在外磁场作用下，磁介质中的分子环流形成有序排列—介质磁化 （2）磁化的微观机制 一般情形在无磁场时分子环流排列与取向杂乱无章，物质宏观上不显磁性。 §16.1 磁介质的磁化与磁场 （3）磁化的宏观效果 ①在介质中出现束缚电流I′,　它不同于传导电流不是载流子的宏观移动形成，而是分子环流定向排列形成。 磁化后，分子电流的有序排列在磁介质的截面边缘等效为大环流—束缚电流，并改变磁场的空间分布。 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × §16.1 磁介质的磁化与磁场 ③束缚电流产生的磁场将改变磁场的空间分布。 ②束缚电流I′的存在使得介质显示磁性，磁性的强弱与介质的磁化程度有关。 2. 磁化强度矢量 为了定量描述介质的磁化状态和磁化程度，引入磁化强度矢量： 磁化强度矢量：等于单位体积内磁偶极矩的矢量和，它是磁介质在外场作用下磁化程度的度量。它仅与束缚电流有关。 §16.1 磁介质的磁化与磁场 磁化强度矢量与束缚电流的关系： 在磁介质中，磁化强度矢量沿任一闭合回路L的曲线积分等于穿过该回路所包围的面积的束缚电流强度的代数和。 分子磁矩在外场作用下，定向排列的程度越高，其数值越大，从而磁化强度矢量的数值就越大。磁化强度矢量反映了介质磁化的程度。 §16.1 磁介质的磁化与磁场 在磁介质表面某处，面束缚电流密度（介质表面沿垂直于电流方向的单位长度的束缚电流强度）j在数值上等于极化强度矢量在界面法线方向上分量的大小。 磁化强度矢量与面束缚电流的关系： §16.1 磁介质的磁化与磁场 3. 磁介质内的磁感应强度 由于介质的磁化，在原磁场上将迭加一又束缚电流产生的附加磁场。 §16.1 磁介质的磁化与磁场 4.有磁介质的安培环路定理和高斯定理 介质存在时，安培环路定理为： 其中，I0为传导电流， I′为束缚电流。在具体应用时，束缚电流很难直接求出。如何避开束缚电流求磁感应强度？ 由磁化强度矢量与束缚电流的关系有： （1）安培环路定理 §16.1 磁介质的磁化与磁场 称为磁场强度。 若令： §16.1 磁介质的磁化与磁场 磁介质存在时的安培环路定理：磁场强度矢量的环流等于闭合回路所包围的传导电流的代数和。 则有： 对于磁化： §16.1 磁介质的磁化与磁场 磁介质均匀磁化的磁化规律： 由： 若令： 可得： §16.1 磁介质的磁化与磁场 （2）高斯定理 无论是对于导线中的传导电流还是对于介质中的束缚电流都有： §16.1 磁介质的磁化与磁场 讨论： （1）介质中的安培环路定理给出了有介质存在时，磁场和传导电流以及磁化强度矢量之间的一般关系。 （2）式中： §16.1 磁介质的磁化与磁场 §16.2 介质的磁化特性— 抗磁质、顺磁质和铁磁质 磁化后，不同的介质磁场的变化非常不同，它是由介质的磁化特性决定。本节讨论介质的磁化特性。 Primary:磁介质的分类与起源—抗磁质、顺磁质和铁磁质 Secondary:铁磁质的磁化特性—磁滞回线。 Main Goals 1.磁介质的分类 相对磁导率反映了介质的磁化特性，按其不同可把介质分为三类。 由： 可得： §16.2 磁介质的磁化特性—抗磁质、顺磁质和铁磁质 由： 可得： 抗磁质：在外磁场作用下，产生的感应磁