2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：磁介質(zhì)的極化

1、磁介質(zhì)的磁化2 磁介質(zhì)的磁化 一、物質(zhì)磁性的概述 磁介質(zhì)(magnetic medium)是能夠?qū)Υ艌霭l(fā)生影響的物質(zhì)。由原子分子構(gòu)成的物質(zhì)都屬于磁介質(zhì)。 從原子電結(jié)構(gòu)可解釋磁性。原子中每個電子同時參與繞核軌道運動和自旋兩種運動，對應(yīng)軌道磁矩和自旋磁矩。整個原子的磁矩是它所包含的所有電子軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。 3 分子磁矩不為零物質(zhì)，其分子磁矩可看作由一個等效圓電流所提供，這個圓電流稱為分子電流。原子磁矩對分子磁矩的貢獻(xiàn)比較復(fù)雜。 撤除外磁場分子磁矩回到無序狀態(tài)的磁性稱為順磁性，具有順磁性的物質(zhì)稱為順磁質(zhì)，如錳、鉻、鉑、氮和氧等都屬于此類。 無外磁場時分子運動磁矩取向混亂，矢量和為零，宏觀

2、無磁性。 加上外磁場分子磁矩部分沿外磁場排列，對外顯示磁性。4 順磁質(zhì)中有一種具有強(qiáng)烈磁性的物質(zhì)稱為鐵磁質(zhì)，如鐵、鈷、鎳和它們的合金，稀土鈷合金，釹-鐵-硼以及各種鐵氧體等都屬于此類。 鐵磁晶體原子間存在交換作用，使相鄰原子磁矩自發(fā)彼此平行排列，抵御分子熱運動破壞作用。 分子磁矩為零時，電子在外磁場作用下所產(chǎn)生 一種附加磁性。磁矩方向與外磁場方向相反，為抗磁性。具有這種磁性的物質(zhì)稱為抗磁質(zhì)，如汞、銅、鉍、氫、氯、銀、鋅和鉛等。5 磁介質(zhì)在一定溫度和一定外磁場下，都將表現(xiàn)出一定的宏觀磁性，這就是磁化(magnetization) 。 磁化強(qiáng)度矢量表征宏觀磁性,定義為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和 式

3、中 是體積 內(nèi)的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和。 如果磁介質(zhì)中各處的磁化強(qiáng)度的大小和方向都一致就稱均勻磁化。在國際單位制中, 磁場強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度的單位都是Am-1。 6 二、磁化的磁介質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 在磁介質(zhì)內(nèi)任意一點上總有成對個方向相反的分子電流通過，效果上互相抵消，但在磁介質(zhì)邊緣表面形成大的環(huán)形電流，稱磁化電流。（有動畫） 順磁質(zhì)磁化電流的方向與螺線管中的傳導(dǎo)電流的方向相同，抗磁質(zhì)相反。 在磁化的磁介質(zhì)內(nèi)任意點B=B0+B，對于順磁質(zhì)B與B0方向相同，因而B B0；對于抗磁質(zhì)，B與B0方向相反，因而B B0 。 III7 把附加磁場看作單位長度上電流為i的長直螺線管在其內(nèi)部產(chǎn)生的磁場，B

4、=0i= 0 M 長直圓柱狀磁介質(zhì)長度為l，橫截面積為S，磁化后表面單位長度的磁化電流為i (表面的總磁化電流為I =il)，總磁矩磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度大小對于任何磁介質(zhì)，B的方向總與M方向一致，寫為矢量形式 螺線管內(nèi)部磁介質(zhì)任一點 , B0可由傳導(dǎo)電流I0和螺線管的繞組密度n求得。 8三、磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系 介質(zhì)磁化后M不再等于零，同時介質(zhì)表面出現(xiàn)磁化電流 I ，二者有關(guān)聯(lián)。 上述積分與磁化電流I 有關(guān)系。 設(shè)磁介質(zhì)內(nèi)每個分子具有相同分子電流 i ,分子電流所包圍的面積都是a，每個分子磁矩 都平行排列，介質(zhì)的磁化強(qiáng)度為9 如果電流與以環(huán)路L為邊界的任一曲面有奇數(shù)個交點(如圖中分子電流A)，就

5、認(rèn)為環(huán)路L包圍此電流，如果電流與以環(huán)路L為邊界的任一曲面有偶數(shù)個交點(如圖中分子電流B)，則認(rèn)為環(huán)路L不包圍此電流（圖中S為以L為邊界的任一曲面）。 MndlLSBA 在此磁介質(zhì)內(nèi)劃一任意閉合環(huán)路L，計算環(huán)路L包圍了多少分子電流. 10為磁化強(qiáng)度與磁化電流的普遍關(guān)系。MndlLSBA 與曲面S有奇數(shù)個交點的分子電流，只能是那些被環(huán)路L從中穿過的分子電流，這些分子電流與環(huán)路L互相套連在一起。 在L上取線元dl為軸a為底作一柱體底面與dl夾角, 柱體積貢獻(xiàn)電流分子電流數(shù)目11將磁化強(qiáng)度 與磁化電流 之間的普遍關(guān)系運用于已被磁化的介質(zhì)的表面，就可以得到磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面磁化電流的關(guān)系。 12 在磁化強(qiáng)度為M的介質(zhì)表面取一矩形環(huán)路abcda， Mcos=Mt是磁化強(qiáng)度沿介質(zhì)表面的切向分量，得到重要關(guān)系Mt=i 或者 介質(zhì)表面單位長度的磁化電流為