大學(xué)普通物理

第十四章

磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)

MediuminMagneticField本章主要內(nèi)容§14-1

磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響§14-2

原子的磁矩§14-3

磁介質(zhì)的磁化§14-4

的環(huán)路定理§14-5

鐵磁質(zhì)第十四章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)磁介質(zhì)是所有實(shí)物物質(zhì)的統(tǒng)稱。物質(zhì)由帶電粒子（分子、原子）組成，原子中存在運(yùn)動(dòng)電荷，它們會(huì)受到磁場(chǎng)的作用。因此，磁場(chǎng)和磁介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生相互作用。磁場(chǎng)和磁介質(zhì)的相互作用相似于電場(chǎng)和電介質(zhì)的相互作用，研究方法也是類似的。電介質(zhì)：極化束縛電荷極化強(qiáng)度電位移

磁介質(zhì)：磁化束縛電流磁化強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度§14-1磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

InfluenceofaMagneticMediumexertingonMagneticField

磁介質(zhì)的分類如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等如氮、水、銅、銀、金、鉍等

磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響相對(duì)磁導(dǎo)率:

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無(wú)磁介質(zhì)的螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度

B

和

B0不相等，但它們的比值表征磁介質(zhì)本身的性質(zhì)。如鐵、鈷、鎳等強(qiáng)磁介質(zhì)弱磁介質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)

磁化電流與附加磁場(chǎng)磁化在宏觀上表現(xiàn)為：磁介質(zhì)表面產(chǎn)生一種束縛在介質(zhì)內(nèi)部的等效電流——磁化（面）電流，或束縛（面）電流。

（附加磁場(chǎng)）（外磁場(chǎng)）總磁場(chǎng)：§14-2原子的磁矩

AtomicMagneticMoment總之，原子中每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)（包括自旋）都產(chǎn)生一個(gè)磁矩，它的方向總是與電子的角動(dòng)量反向。

原子中電子的磁矩軌道角動(dòng)量電子繞原子核作圓周運(yùn)動(dòng)，等效于有圓電流，有磁矩：自旋磁矩自旋角動(dòng)量軌道磁矩由原子組成的分子，其中所有的電子磁矩的矢量和構(gòu)成了分子的固有磁矩。（電子和核的自旋磁矩可忽略）

分子固有磁矩正常情況下，固有磁矩為零的分子組成的物質(zhì)就是抗磁質(zhì)。固有磁矩不為零的分子組成的物質(zhì)就是順磁質(zhì)。鐵磁質(zhì)是順磁質(zhì)的一種特例。固有磁矩在外磁場(chǎng)中，會(huì)受到磁場(chǎng)的力矩作用：§14-3磁介質(zhì)的磁化

MagnetizationofMagneticMedia

感生磁矩1.磁化的微觀機(jī)制在外磁場(chǎng)作用下，電子的軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)都會(huì)發(fā)生變化，變化的結(jié)果是這個(gè)電子在磁場(chǎng)的反方向產(chǎn)生一個(gè)附加磁矩

。（是物質(zhì)本身抵抗被磁化的一種屬性）每個(gè)電子的附加磁矩的總和，就構(gòu)成了分子在被磁化時(shí)的感生磁矩。感生磁矩的方向總是與磁場(chǎng)方向相反。不論是抗磁質(zhì)還是順磁質(zhì)，感生磁矩是普遍存在的。外磁場(chǎng)

感生磁矩

抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)分子的固有磁矩等于零。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)：宏觀不顯磁性。有外磁場(chǎng)時(shí)：在外磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感生磁矩。附加磁場(chǎng)分子感生磁矩在宏觀上形成束縛電流，它產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。有序排列的分子磁矩，在宏觀上形成束縛電流，它產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，

順磁質(zhì)的磁化

固有磁矩外磁場(chǎng)附加磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)：分子固有磁矩?zé)o規(guī)則排列。宏觀上不顯磁性。有外磁場(chǎng)時(shí)：分子固有磁矩在磁場(chǎng)作用下向磁場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)。（無(wú)序

有序）順磁質(zhì)分子的固有磁矩不為零。說(shuō)明：

抗磁效應(yīng)普遍存在。順磁質(zhì)中也有，只是順磁質(zhì)的磁化效應(yīng)大于抗磁效應(yīng)，宏觀就表現(xiàn)為順磁性。

鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制類似于順磁質(zhì)。鐵磁質(zhì)中存在一種天然磁化單元——磁疇（在一個(gè)微觀較大的區(qū)域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁場(chǎng)的作用使磁疇的排列趨向于磁場(chǎng)方向，由于有序性很強(qiáng)，宏觀上表現(xiàn)強(qiáng)磁化。

磁化強(qiáng)度在磁介質(zhì)中任取一宏觀小、微觀大的體積，設(shè)表示內(nèi)所有分子磁矩（感生、固有）的矢量和，

則磁化強(qiáng)度定義為：

理論上可以證明：

束縛面電流密度與磁化強(qiáng)度的關(guān)系為：

實(shí)驗(yàn)證明：

均勻、各向同性的弱磁介質(zhì)被磁化時(shí)，有，或

磁化場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于與回路相套的束縛電流的電流強(qiáng)度：§14-4H

的環(huán)路定理

CircuitalTheoremforH把安培環(huán)路定理應(yīng)用到有磁介質(zhì)的情況中，有引入磁場(chǎng)強(qiáng)度得的環(huán)路定理于是有定理：沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)路積分等于與該閉合路徑相套的自由電流的代數(shù)和。自由電流束縛電流對(duì)均勻、各向同性的磁介質(zhì)：磁導(dǎo)率：í

磁場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)輔助量，它本身無(wú)物理意義。與類似í

利用的環(huán)路定理可以在有對(duì)稱性的情況下，求出；進(jìn)而求出的分布（均勻、各向同性介質(zhì)）。[例1]計(jì)算均勻密繞、充滿磁導(dǎo)率為mr的均勻各向同性磁介質(zhì)的環(huán)形螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、介質(zhì)的磁化強(qiáng)度和磁化面電流密度。已知傳到電流為I

，單位長(zhǎng)度繞有線圈

n

匝。解：因介質(zhì)充滿環(huán)體，磁場(chǎng)（和）的分布同無(wú)磁介質(zhì)時(shí)相同。取與環(huán)同心的回路

L，利用的環(huán)路定理，有如果磁介質(zhì)為順磁質(zhì)，，如果磁介質(zhì)為抗磁質(zhì)，，表示；表示。利用，解得（方向如圖所示，的方向與相同）§14-5鐵磁質(zhì)

FerromagneticMaterial軟磁材料小（純鐵、硅鋼、坡莫合金等）硬磁材料大（碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等）

鐵磁質(zhì)的磁化特性—傳導(dǎo)電流飽和起始磁化

磁滯現(xiàn)象(B的變化總是落后H的變化的現(xiàn)象)—剩磁—矯頑力變壓器鐵芯磁記錄、永磁體S’SORCC’R’磁滯回線鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，由于內(nèi)部分子（磁疇）的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，引起鐵心發(fā)熱而帶來(lái)能量的損耗。它是由磁滯現(xiàn)象引起的。

居里點(diǎn)當(dāng)