大學(xué)物理第15章磁介質(zhì)的磁化

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1、本章主要內(nèi)容磁介質(zhì)的磁化有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理三種磁介質(zhì)第15章磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì):實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性,該物體稱磁介質(zhì)。電介質(zhì)極化：磁介質(zhì)磁化：總磁感強(qiáng)度外加磁感強(qiáng)度附加磁感強(qiáng)度磁化:磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中呈現(xiàn)磁性(在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生附加磁場(chǎng))的現(xiàn)象稱為磁化。磁介質(zhì)的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。電學(xué)與磁學(xué)類比：15.1磁介質(zhì)的磁化磁化強(qiáng)度矢量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無(wú)磁介質(zhì)的螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，可表征它們?cè)诖艌?chǎng)中的性質(zhì)。相對(duì)磁導(dǎo)率:順磁質(zhì)：如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。磁介質(zhì)抗磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：如氮、水、銅、銀、金、鉍等。如鐵、鈷、鎳等，超導(dǎo)體

2、是理想的抗磁體。B?與B0同方向，B?與B0反方向，B?與B0同方向，1.磁介質(zhì)的分類：1.磁介質(zhì)的分類：1).分子電流模型和分子磁矩原子中電子參與兩種運(yùn)動(dòng)：自旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。用等效的分子電流的磁效應(yīng)來(lái)表示各個(gè)電子對(duì)外界磁效應(yīng)的總合，稱為分子固有磁矩?？勾刨|(zhì)：順磁質(zhì)：未加外磁場(chǎng)時(shí):類比：電介質(zhì)的微觀圖象有極分子、無(wú)極分子。不顯磁性2、順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的微觀機(jī)制加外磁場(chǎng)時(shí):順磁質(zhì)：當(dāng)外磁場(chǎng)存在時(shí)，各分子固有磁矩受磁場(chǎng)力矩的作用，或多或少地轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向——順磁質(zhì)的磁化。怎么解釋抗磁質(zhì)：B?B0，B?與B0反方向!!

3、!54順磁質(zhì)的磁化1ok.swf2).順磁質(zhì)的磁化*電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)作用下，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)方向一致!進(jìn)動(dòng)可以證明：不論電子原來(lái)的磁矩與磁場(chǎng)方向之間的夾角是何值，這種進(jìn)動(dòng)等效圓電流附加磁矩?μL的方向永遠(yuǎn)與B0的方向相反?？勾刨|(zhì)：53電子的拉莫進(jìn)動(dòng).swf在有外磁場(chǎng)時(shí)軌道角動(dòng)量繞磁場(chǎng)旋進(jìn)，電子附加一個(gè)與磁感強(qiáng)度相反的磁矩，分子中各電子因進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生的磁效應(yīng)的總和,稱分子的附加磁矩,方向與外磁場(chǎng)反向,決定了分子的抗磁性.3).抗磁質(zhì)的磁化B）不管哪種介質(zhì)，

4、在無(wú)外場(chǎng)時(shí)，對(duì)外不顯磁性.電子進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的附加磁矩總是減弱外磁場(chǎng).與相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此順磁質(zhì)中的磁場(chǎng)是加強(qiáng)了。C)3.磁化強(qiáng)度:單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和。它帶來(lái)附加磁場(chǎng)的貢獻(xiàn)。注意：A）抗磁質(zhì)固有磁矩為零，并不意味著電子不自旋，電子不繞原子核運(yùn)動(dòng)。分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩矢量和為零。注意：1）要宏觀無(wú)限小，微觀無(wú)限大。2）順磁質(zhì)中，M與外場(chǎng)方向一致，抗磁質(zhì)中，M與外場(chǎng)方向相反。4）物理含義--描述物質(zhì)磁化的程度與狀態(tài)。3）M的單位：顯然，磁化越厲害，分子磁矩的矢量和越大。對(duì)外磁場(chǎng)的影響也越大。（加強(qiáng)或減弱）抗磁質(zhì)磁化面電流LR

5、順磁質(zhì)L大?。?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度磁介質(zhì)表面流過(guò)的磁化面電流方向：該處磁化面電流的方向。4磁化強(qiáng)度與磁化電流間的關(guān)系面電流密度對(duì)于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，未被抵消的分子電流相互拼接，在磁化圓柱的表面出現(xiàn)一層電流，稱為磁化面電流。一般言之：介質(zhì)表面磁化面電流密度LSM式中：為磁化強(qiáng)度為介質(zhì)表面外法線的單位矢量。（微分關(guān)系）取一長(zhǎng)為l面積為S的磁介質(zhì)。則：abcda作閉合回路求積分abcd積分關(guān)系磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過(guò)回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。磁化強(qiáng)度與磁化面電流的關(guān)系，雖然是從特例給出，但是普遍成

6、立的。無(wú)磁介質(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí)定義磁場(chǎng)強(qiáng)度磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。15.2有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁化電流傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。式中?m稱為磁介質(zhì)的磁化率，是一個(gè)純數(shù)。磁導(dǎo)率?=?0?r說(shuō)明：1）是一輔助物理量，描述磁場(chǎng)的基本物理量仍然是3）是一普遍關(guān)系式在各向同性的介質(zhì)中：在電流和磁介質(zhì)分布有對(duì)稱性時(shí)，通過(guò)先求H，再通過(guò)B=?0?rH求B.2）的單位是A/m（SI制）例：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充

7、滿均勻磁介質(zhì)?r，設(shè)電流I0，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為n。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示安培回路例:在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為I，單位長(zhǎng)度內(nèi)匝數(shù)n，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為?r和?，求環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過(guò)該點(diǎn)作一和環(huán)同心、半徑為r的圓形回路。式中N為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對(duì)稱性可知，在所取圓形回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時(shí)例：如圖所示，一半徑為R1的無(wú)限長(zhǎng)圓柱體（導(dǎo)體?≈?0）

8、中均勻地通有電流I，在它外面有半徑為R2的無(wú)限長(zhǎng)同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為?的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相反方向的電流I。試求(1)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場(chǎng)；(2)圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場(chǎng)；