大學(xué)物理磁介質(zhì)

1、1 在考慮物質(zhì)與磁場(chǎng)的相互影響時(shí)在考慮物質(zhì)與磁場(chǎng)的相互影響時(shí),我們把所有的物我們把所有的物質(zhì)都稱為質(zhì)都稱為磁介質(zhì)磁介質(zhì)。10.8 磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)磁場(chǎng)中的磁介質(zhì) r叫磁介質(zhì)的叫磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率,它隨磁介質(zhì)的種類和狀它隨磁介質(zhì)的種類和狀態(tài)的不同而不同。對(duì)真空，態(tài)的不同而不同。對(duì)真空， r=1。10.8.1、磁介質(zhì)的分類、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)為磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)為B=Bo+B = rBo磁化電流產(chǎn)磁化電流產(chǎn)生附加磁場(chǎng)生附加磁場(chǎng)電介質(zhì)中的電場(chǎng)為電介質(zhì)中的電場(chǎng)為rooEEEE 極化電荷產(chǎn)極化電荷產(chǎn)生附加電場(chǎng)生附加電場(chǎng)2B=Bo+B = rBo磁介質(zhì)的種類磁介質(zhì)的種類 。錳等鋁氧，同方向與順

2、磁質(zhì),1100BBBBr 。鉍等氫銅，反方向與抗磁質(zhì),1200BBBBr 。鎳等鈷鐵同方向，很大與鐵磁質(zhì),130BBr 完全抗磁性。為超導(dǎo)材料004Br順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)統(tǒng)稱為順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)統(tǒng)稱為弱磁性弱磁性物質(zhì)物質(zhì)3smLI分子中每一個(gè)電子同時(shí)參與兩種運(yùn)動(dòng)：分子中每一個(gè)電子同時(shí)參與兩種運(yùn)動(dòng)：自旋運(yùn)動(dòng)和繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，自旋運(yùn)動(dòng)和繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，（1）分子）分子( 固有固有)磁矩磁矩sIlm對(duì)應(yīng)自旋電流和軌道電流對(duì)應(yīng)自旋電流和軌道電流, 進(jìn)而對(duì)應(yīng)自旋磁矩和軌道磁矩。進(jìn)而對(duì)應(yīng)自旋磁矩和軌道磁矩。一個(gè)一個(gè) 分子內(nèi)所有電子全部磁矩分子內(nèi)所有電子全部磁矩的矢量和稱為的矢量和稱為分子分子( 固有固有)磁矩磁矩

3、。圓電流圓電流I I稱為分子電流。稱為分子電流。分子分子( ( 固有固有) )磁矩可用一個(gè)磁矩可用一個(gè)等效的圓電流等效的圓電流I I來(lái)表示。來(lái)表示。mI1 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化10.8.2、磁介質(zhì)的磁化、磁介質(zhì)的磁化4(I) 加外磁場(chǎng)，分子磁矩受磁力矩的作用轉(zhuǎn)向加外磁場(chǎng)，分子磁矩受磁力矩的作用轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。外磁場(chǎng)方向。BmI轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)。轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)。感應(yīng)磁化效應(yīng)。感應(yīng)磁化效應(yīng)。m0B(II) 在磁場(chǎng)中，分子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)將受到在磁場(chǎng)中，分子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)將受到影響影響,引起一附加磁矩，附加磁矩引起一附加磁矩，附加磁矩 總與外磁總與外磁場(chǎng)場(chǎng) 反向，使總磁場(chǎng)減弱反向，使

4、總磁場(chǎng)減弱.BM m0BqvmFm5（2）(I) 無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同矩取向各不相同, ,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。 順磁質(zhì)順磁質(zhì): 每個(gè)分子的固有磁矩不為零，每個(gè)分子的固有磁矩不為零，0m無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)mI6無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI在外磁場(chǎng)中，轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)中，轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)，產(chǎn)生附加磁場(chǎng) B B ，結(jié)，結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。果使介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)增強(qiáng)。B感應(yīng)磁化效應(yīng)比轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)小五個(gè)數(shù)量級(jí)。感應(yīng)磁化效應(yīng)比轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)小五個(gè)數(shù)量級(jí)。B=Bo+

5、B Bo7(II) 抗磁質(zhì)及其磁化機(jī)理抗磁質(zhì)及其磁化機(jī)理感應(yīng)磁化效應(yīng)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，與外磁場(chǎng)方向相反，感應(yīng)磁化效應(yīng)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，與外磁場(chǎng)方向相反，使磁場(chǎng)減弱。使磁場(chǎng)減弱。 無(wú)轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)無(wú)轉(zhuǎn)向磁化效應(yīng)只有感應(yīng)磁化效應(yīng)。只有感應(yīng)磁化效應(yīng)。抗磁質(zhì)分子中，各電子的磁效應(yīng)相互抵消，所以分子的抗磁質(zhì)分子中，各電子的磁效應(yīng)相互抵消，所以分子的固有磁矩為零。固有磁矩為零。B=Bo+B Bo810.8.3 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度（1） 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度:VpMm為了表征物質(zhì)的磁化程度，定義為了表征物質(zhì)的磁化程度，定義磁化強(qiáng)度矢量：磁化強(qiáng)度矢量：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和單位：安培單位：安培/

6、米米 (A/m)9Bo（2）磁化電流的形成）磁化電流的形成(以以順磁質(zhì)順磁質(zhì)為例為例)。 一塊順磁質(zhì)放到外磁場(chǎng)中時(shí)一塊順磁質(zhì)放到外磁場(chǎng)中時(shí),它的分子的固有磁矩要它的分子的固有磁矩要沿著磁場(chǎng)方向取向沿著磁場(chǎng)方向取向,如圖所示。如圖所示。 考慮和這些磁矩相考慮和這些磁矩相對(duì)應(yīng)的分子電流對(duì)應(yīng)的分子電流,可以發(fā)現(xiàn)：在均勻磁介質(zhì)內(nèi)部，各處可以發(fā)現(xiàn)：在均勻磁介質(zhì)內(nèi)部，各處電流的方向總是有相反的電流的方向總是有相反的,結(jié)果相互抵消。結(jié)果相互抵消。 只有在橫截只有在橫截面邊緣處，分子電流未被抵消面邊緣處，分子電流未被抵消,形成與橫截面邊緣重合形成與橫截面邊緣重合的一層圓電流。這種電流叫做的一層圓電流。這種電流

7、叫做磁化電流磁化電流。pm磁化電流磁化電流10 磁化電流是分子電流一段段拼接磁化電流是分子電流一段段拼接而成的而成的,不同于金屬中自由電子定向不同于金屬中自由電子定向運(yùn)動(dòng)形成的傳導(dǎo)電流運(yùn)動(dòng)形成的傳導(dǎo)電流,所以也叫所以也叫束縛束縛電流電流。在外磁場(chǎng)中的作用下，均勻磁介質(zhì)的表面上出現(xiàn)磁化在外磁場(chǎng)中的作用下，均勻磁介質(zhì)的表面上出現(xiàn)磁化電流的現(xiàn)象叫做磁介質(zhì)的電流的現(xiàn)象叫做磁介質(zhì)的磁化磁化 。111.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 在磁介質(zhì)中在磁介質(zhì)中,安培環(huán)路定理應(yīng)寫為安培環(huán)路定理應(yīng)寫為式中式中, Io內(nèi)內(nèi)和和 I 內(nèi)內(nèi)分別是閉合路徑分別是閉合路徑l所包圍的所包圍的傳導(dǎo)傳導(dǎo)電電流和流和磁

8、化磁化電流的代數(shù)和。電流的代數(shù)和。可證明可證明:定義：定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量矢量?jī)?nèi)oI()內(nèi)IlodlBldlM內(nèi)I內(nèi)oloIdlMB)(MBHo10.8.4 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理輔助物理量輔助物理量磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位：磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位：安培安培/米米(A/m) SI12則則磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理可寫為可寫為 即即:磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H的環(huán)流的環(huán)流(沿任一閉合路徑沿任一閉合路徑l的線積分的線積分)等于該閉合路徑等于該閉合路徑l所包圍的所包圍的傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。的代數(shù)和。 實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明,在在各向同性磁介質(zhì)中：各向同性磁介質(zhì)中： r相對(duì)磁導(dǎo)率相

9、對(duì)磁導(dǎo)率, o r= 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率B= o r H= HloIdlH內(nèi)EEDr 0133.有磁介質(zhì)時(shí)磁感強(qiáng)度有磁介質(zhì)時(shí)磁感強(qiáng)度B的計(jì)算的計(jì)算1) 正統(tǒng)算法正統(tǒng)算法先假設(shè)磁介質(zhì)不存在，求出先假設(shè)磁介質(zhì)不存在，求出B0 , 再由再由:0BBr 00/ BH 求出求出B和和H。先由先由H的安培環(huán)路定理求出的安培環(huán)路定理求出H , 再由再由B和和H的關(guān)系求得的關(guān)系求得B. 2) 簡(jiǎn)易算法簡(jiǎn)易算法2. B與與B0 的關(guān)系的關(guān)系0BBr HHBBrr 00 LLIl dHrBH 0/ 14cbadBB0I0I例題一：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻例題一：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)磁介質(zhì)( )，設(shè)勵(lì)磁電流，設(shè)勵(lì)磁電流 ，單，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為 n 。求管內(nèi)的。求管內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。r0I解解Habl dHL 0IabnHab 0nIH HBr 0 1）正統(tǒng)解法）正統(tǒng)解法因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示安培回路安培回路 LLIl dHrBH 0/ IabnIL 00nIr 152）簡(jiǎn)易解法）簡(jiǎn)易解法已知無(wú)介質(zhì)時(shí)：已知無(wú)介質(zhì)時(shí)：0,000 outinBnIB 0 000 outrinrinBnIBB rBH 0/ 故有介質(zhì)時(shí)：故有介質(zhì)時(shí)：0,0 outinHnIH0BBr