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磁介质的磁化与磁化强度

磁介质的磁化与磁化强度

磁介质

    磁介质的磁化现象凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质. 凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质. 磁场中放入磁介质 磁介质发生磁化 产生附加磁场

磁介质的分类

1.顺磁介质 顺磁介质 顺磁介质中产生的附加磁场B′ 与 B0 方向相同, 外场 方向相同,磁介质中的场 要 B 比外场 大. B0 B′ B0 B 如铝, 铬等. B = B0 + B′ > B0 如铝,锰,铬等.

2抗磁介质 抗磁介质中产生的附加磁场B′ 与 B B 方向相反, 外场0 方向相反,磁介质中的场 要 比外场 小. B0 B′ B0 2 B B = B0 + B′ < B0 如金属金, 如金属金,银,铜等. 铜等.

3铁磁介质 铁磁介质中产生的附加磁场B′ 与 B0 方向相同, 外场 方向相同,但磁介质中的场 B 要远比外场 大,是外场的几百倍 B0 到几万倍. 到几万倍. B′ B B0 B′ B B0 B = B0 + B′ >> B0 如金属钢, 如金属钢,铁,钴,镍等. 镍等.

 2.磁介质的磁化机制 2.磁介质的磁化机制 类似电介质的讨论, 类似电介质的讨论,从物质 S 电结构来说明磁性的起源. 电结构来说明磁性的起源. N i 相当于一 磁偶极子

3 原子中电子参与两种运动: 原子中电子参与两种运动:自旋及绕核的 轨道运动,对应有轨道磁矩 自旋磁矩. 轨道磁矩和 轨道运动,对应有轨道磁矩和自旋磁矩. pm 整个分子磁矩是其中各个电子的轨道 整个分子磁矩是其中各个电子的轨道 磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量 以及核的自旋磁矩 磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量 I 核的自旋磁矩常可忽略). 和(核的自旋磁矩常可忽略). 顺磁质:由具有固有磁矩的分子组成. 顺磁质:由具有固有磁矩的分子组成.分子中各电子的 磁矩不完全抵消,整个分子具有一定的固有磁矩. 磁矩不完全抵消,整个分子具有一定的固有磁矩. 抗磁质:分子中各电子的磁矩完全抵消, 抗磁质:分子中各电子的磁矩完全抵消,整个分子不 具有固有的磁矩. 具有固有的磁矩.

顺磁质的磁化机制

1.顺磁质的磁化机制 磁介质是由大量分子或原子组成,无外场时, 磁介质是由大量分子或原子组成,无外场时,顺 磁质分子的磁矩排列杂乱无章, 磁质分子的磁矩排列杂乱无章,介质内分子磁矩的矢 量和 Pm = 0 . ∑ 4 有外磁场时 有外磁场时,这些分子固有磁 矩就要受到磁场的力矩作用, 矩就要受到磁场的力矩作用, 力矩的方向力图使分子磁矩的方 力矩的方向力图使分子磁矩的方 向沿外场转向. 向沿外场转向.各分子磁矩都在一定 程度上沿外磁场方向排列起来. 程度上沿外磁场方向排列起来 分子磁矩的矢量和: 分子磁矩的矢量和 B0 ∑P m ≠0 从导体横截面看,导体内部分子电流两两反向,相 从导体横截面看,导体内部分子电流两两反向, 互抵消.导体边缘分子电流同向,未被抵消的分子电流 互抵消.导体边缘分子电流同向 未被抵消的分子电流 沿着柱面流动 . 分子电流可等 B0 ⊙ B0 效成磁介质表 等效 面的磁化电流 Is, Is产生附 Is B′ 加磁场. 加磁场. 5 可产生附加磁场,但无热效应, 磁化电流 Is 可产生附加磁场,但无热效应,因为无 宏观电荷的移动,磁化电流束缚在介质表面上, 宏观电荷的移动,磁化电流束缚在介质表面上,不可 引出,因此,磁化电流也称为束缚电流. 引出,因此,磁化电流也称为束缚电流. ω 2.抗磁质的磁化机制 2.抗磁质的磁化机制 B0 对抗磁介质来说,无外磁场时, 对抗磁介质来说,无外磁场时, 各电子的磁矩矢量和为 0,分子磁 , v 分子不显磁性. 矩 ∑ Pm = 0 ,分子不显磁性. 分子不显磁性 f 核 B = B0 + B′ > B0 加外磁场后, 加外磁场后,电子受的向心力 为核力和洛仑兹力的叠加, 为核力和洛仑兹力的叠加, fL i i f心 = f核 + f L > f 核 ω B′ e pm 产生反向电子附加磁矩 pm B′ 6 f心 = f核 + f L < f核 ω i B0 ω v 产生反向电子附加磁矩 pm B′ 综上所述:不论电子的轨道磁矩方 综上所述: 向如何,附加磁场总与外场反向, 向如何,附加磁场总与外场反向, 同理,分子电流可等效成磁 同理, 介质表面的磁化电流 Is, Is产生 附加磁场. 附加磁场. ⊕ B0 等效 Is B′ f核 fL i B0 B′ pm e f核 B0 i v ω e fL B′ pm 7 明确几点: 明确几点: 抗磁性是一切磁介质固有的特性, ①.抗磁性是一切磁介质固有的特性,它不仅存在于 抗磁性是一切磁介质固有的特性 抗磁介质中,也存在于顺磁介质中; 抗磁介质中,也存在于顺磁介质中; 对于顺磁介质分子磁矩>电子附加磁矩 ②.对于顺磁介质分子磁矩 电子附加磁矩,顺磁效应 对于顺磁介质分子磁矩 电子附加磁矩, > 抗磁效应 Pm > Pm ; ∑ 抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用, ③.抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用,显抗磁性. 抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用 显抗磁性. ∑P m = 0, Pm ≠ 0 顺磁质 在外场中 抗磁质 在外场中 8 二,磁化强度 表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量. 表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量. 1.定义:单位体积内分子磁矩的矢量和. 定义: 定义 单位体积内分子磁矩的矢量和. ∑P M= V mi 它与介质特性,温度与统计规律有关. 它与介质特性,温度与统计规律有关. 其中: 是第i个分子的磁矩; 其中:pmi 是第i个分子的磁矩; 同向, 顺磁质 M B0 , 与 同向 宏观无限小微观无限大; 宏观无限小微观无限大; 所以 与 B同方向 V B' 0 方向:与分子磁矩矢量和同向. 方向:与分子磁矩矢量和同向. 抗磁质 M B0反向, 与 反向, 单位: 米 单位:安/米,A/m 所以 B'与 B0反方向 注意: 注意: Pm = 0 因为 ①.无外磁场 Bo 时,介质中 M = 0 . 无外磁场 ∑ ②.真空中M 真空中 =0 . 9 2.磁化强度与磁化电流 Is的关系 磁化强度与磁化电流 外磁场作用下 作用下, 在 外磁场作用下,介质中的分子电流可等效成介 产生附加磁场,但无热效应. 质表面的磁化电流 Is,它产生附加磁场,但无热效应. 定义: 定义: 沿磁介质轴线方向上单位长度的磁化电流称为 磁化电流密度 js . Is js = L 微分关系 结论1:磁化强度大小数值上等于磁化电流密度. 结论 :磁化强度大小数值上等于磁化电流密度. M = js 普遍情况下可以证明: 普遍情况下可以证明: js = M × n 束缚电荷面密度的大小等于电 极化强度的法向分量. 极化强度的法向分量. 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量. 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量. 电介质有 σ ' = P n 10 结论2:磁化强度沿闭合路径的线积分, 结论 :磁化强度沿闭合路径的线积分,等于环路 内磁化电流的代数和. 内磁化电流的代数和. 积分关系物理意义 ∫ M dl = ∑ I s 磁化强度 束缚面电流 磁化强度沿任一回路的环流, 磁化强度沿任一回路的环流,等于穿过此回路的 的代数和. 环绕方向成右旋者为正, 束缚电流 IS的代数和. IS与L环绕方向成右旋者为正, 环绕方向成右旋者为正 反之为负.

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