第6章 磁场中的磁介质.doc

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1、第6章磁场中的磁介质§1磁介质及其磁化一、磁介质及其分类1.磁介质：能够影响磁场的物质。2.分类(1)弱磁性物质·顺磁质·抗磁质(2)强磁性物质铁磁质二、分子电流分子磁矩1.分子电流·分子中电子有轨道运动自旋运动·分子中所有电子的运动形成分子电流(可看成是一通电小圆线圈)。2.分子磁矩·pmLur·-e(1)电子的轨道磁矩·轨道半径—r(圆轨道)电子速率—uI=e()u2pr·轨道电流pm=IS=()pr2=eu2preur2·电子轨道磁矩对氢原子基态，pm=0.93´10-23A×m2·电子轨

2、道角动量(圆轨道)L=murm—电子质量pm=-()Le2m·电子轨道磁矩与轨道角动量的关系(2)电子自旋磁矩·实验证明：电子有自旋磁矩ps=0.927´10-23A×m2·自旋磁矩和自旋角动量S的关系epS=-()Sm(3)分子磁矩p分=[S所有电子(pm+ps)]+Sp核p核—核(自旋)磁矩分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩与所有核磁矩的矢量和。三、顺磁质的磁化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磁化。1.顺磁质(如铝、铂、氧)·无外磁场时，p分¹0(固有磁矩)由于热

3、运动，其取向混乱DVDV无外磁场有外磁场B0·DV(宏观小微观大)内Sp分=02.顺磁质的顺磁性·有外磁场时，p分沿外磁场取向，DV内Sp分¹0·p分取向后，产生附加磁场B¢B=B0+B¢B¢B0，(B¢<

4、动，电子产生了附加磁矩Dpm。·不管电子轨道运动方向如何，附加磁矩总与外磁场方向相反。·对自旋磁矩，外磁场也有同样作用。(3)感应磁矩·感应磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。·Dp感总与外磁场方向相反，此即抗磁性的来源。(4)顺磁质的抗磁性可以忽略·对顺磁质

5、p分

6、>>

7、Dp感

8、·顺磁质主要表现为顺磁性。四.抗磁质的磁化·抗磁质：如铋、汞、铜、氢。·抗磁质分子没有固有磁矩(p分=0)，只有感应磁矩Dp感·抗磁质表现为抗磁性。·对抗磁质B=B0+B¢B¢¯B0，(B¢<

9、分iDVM=limDV®01.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和·对抗磁质，M则为分子感应磁矩的矢量和。·单位：A/m2.磁化强度随磁场增强而增大·对顺磁质、抗磁质均如此·具体定量关系见后六、磁化电流磁介质磁化后，在磁介质体内和表面上可出现磁化电流。1.磁化体电流nDS磁介质体内nDSi分(1)磁化体电流·在磁介质体内取面元DS，现在求通过它的磁化电流I¢。·穿过DS两次的i分对I¢无贡献，和DS的边界相套住的i分(只穿过DS一次)对I¢有贡献。·与边界上dl段套住的分子电流：DSdlS分i分dV

10、M·(凡中心在dV内的i分将套住dl)dI¢=i分ndV=i分n(S分×dl)=n(p分×dl)=M×dl·与DS的整个边界L相套住的分子电流—穿过DS的磁化电流I¢=òLdI¢=òLM×dlI¢=òLM×dl磁化体电流(2)可以证明，在均匀磁介质内部，不管磁场是否均匀，在没有传导电流的地方，也没有体磁化电流。2.磁化面电流·若dl正好在磁介质边界上，则dI¢表现为磁化面电流。磁化面电流密度：磁介质表面垂直于电流方向的单位宽度上的电流。大小：j¢=dI¢/dl=M×dl/dl=Ml(当M和表面平

11、行时，j¢=M)dlnMMlÄj¢磁介质体内方向：^M可综合写作j¢=M´nn—磁介质表面的外法线方向的单位矢量(方向：由磁介质体内®体外)abcdMn·均匀磁化介质棒表面的磁化电流j¢式亦可由I¢式用环路a-b-c-d得出(请自己做)。§2磁场强度磁场强度的环路定理·有磁介质后，空间任一点的磁场B=B0+B¢Mj¢B0—传导电流产生的磁场B¢—磁化电流产生的磁场·又出现“欲求B需先知道B”的问题，引入一辅助矢量。一、磁场强度·在磁场中任取一环路L，它套住的电流有：传导电流和磁化电流。·由安培环

12、路定理òLB×dl=m0(SI传+I¢)将I¢=òLM×dl代入有òL(-M)×dl=SI传Bm0H=MBm0-引入磁场强度H的环路定理òLH×dl=SI传沿任一闭合路径H的环量等于此闭合路径环绕的传导电流的代数和。·H的环量只和传导电流有关，但H既和传导电流又和磁化电流有关。二、B、H、M的关系H=MBm0-1.一般关系2.对各向同性的非铁磁质(1)M和H的关系由实验：M=cmH磁化率cm：对弱磁性物质：

13、cm

14、<<1cm>0(对顺磁质)<0(对抗磁质)说明：顺磁质M、H同向抗磁质M、H反向H