Lec11-物質(zhì)中的磁場(chǎng)-1-

1物質(zhì)中的磁場(chǎng)電磁學(xué)2§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場(chǎng)的邊界條件目錄磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流，物質(zhì)的磁性來(lái)源于其中的“分子電流”——即磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

相當(dāng)于一個(gè)磁偶極子分子中所有原子的磁效應(yīng)可用一個(gè)等效圓電流表示，稱為分子電流?！胺肿与娏鳌蹦Ｐ秃痛沤橘|(zhì)的分類一、安培的“分子電流”模型：原子：電子繞核運(yùn)動(dòng)分子磁矩—所有原子磁矩的矢量和抗磁質(zhì)無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性原子磁矩分子固有磁矩根據(jù)安培的分子電流模型，每個(gè)分子等效一個(gè)圓電流類比：無(wú)極分子類比：極性分子二、磁介質(zhì)的分類介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)〔鐵、鈷、鎳等〕〔鋁、氧、錳等〕〔銅、鉍、氫等〕弱磁質(zhì)在外界磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生磁性，并對(duì)原磁場(chǎng)產(chǎn)生影響的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。物質(zhì)產(chǎn)生磁性的過(guò)程稱為磁化。加上外磁場(chǎng)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩M

的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)的方向。分子電流在外磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，磁矩將轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向—宏觀上產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。與外場(chǎng)方向相同磁化1、順磁質(zhì)無(wú)外磁場(chǎng)順磁質(zhì)的磁化有外磁場(chǎng)順磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)增強(qiáng)類比：取向極化電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩〔無(wú)外磁場(chǎng)情況下〕電子以：v,r運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間：軌道角動(dòng)量2、抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)分子的固有磁矩為零，但分子中各原子仍有磁矩〔電子的軌道磁矩和自旋磁矩〕。當(dāng)外場(chǎng)方向與電子磁矩反方向時(shí)當(dāng)外場(chǎng)方向與電子磁矩方向相同時(shí)外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道磁矩的影響假設(shè)r不變〔量子理論概念〕電子磁矩受到力矩繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)附加一磁矩與外場(chǎng)反向。結(jié)論當(dāng)外場(chǎng)方向與電子磁矩方向成一角度時(shí)

附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)反向。類似陀螺的進(jìn)動(dòng)類比：位移極化

抗磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)削弱.說(shuō)明：所有介質(zhì)均具有抗磁性順磁質(zhì)在外場(chǎng)的作用下也會(huì)產(chǎn)生反向的附加磁矩，但由于它要比固有磁矩小到5個(gè)數(shù)量級(jí)以上，故可忽略。12磁浮熱解碳〔Pyrolyticcarbon〕1314§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場(chǎng)的邊界條件目錄磁化的規(guī)律〔磁化強(qiáng)度矢量、磁化電流、附加磁場(chǎng)〕一、磁化強(qiáng)度矢量SI單位制：定義：M與B同向順磁質(zhì)M與B反向抗磁質(zhì)極化強(qiáng)度矢量類比電介質(zhì)磁化強(qiáng)度越強(qiáng)，表示磁介質(zhì)磁化程度越強(qiáng)。對(duì)線性均勻磁介質(zhì)，WhynotM=cB?歷史原因以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例順磁質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)外表處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消形成沿外表流動(dòng)的面電流——磁化電流〔或束縛電流〕二、磁化電流總效果：在磁介質(zhì)外表形成磁化電流，內(nèi)部為0。三.磁化強(qiáng)度矢量與磁化電流的關(guān)系類比電介質(zhì)磁化電流面密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。極化電荷面密度的大小等于極化強(qiáng)度的法向分量磁化強(qiáng)度矢量沿任意閉合回路的積分，等于穿過(guò)此回路的磁化電流I’的代數(shù)和極化強(qiáng)度矢量經(jīng)任意閉合曲面S的通量，等于該閉合曲面內(nèi)極化電荷總量的負(fù)值。磁介質(zhì)推導(dǎo)：L

i分子

SS分子放大穿過(guò)L所圍曲面

S的磁化電流那么穿過(guò)dl的分子電流：設(shè)分子濃度為n，磁化強(qiáng)度沿任意閉合環(huán)路L的線積分，等于穿過(guò)L的磁化電流的代數(shù)和。介質(zhì)外表磁化電流密度：選磁化面電流面密度=磁介質(zhì)外表上通過(guò)單位長(zhǎng)度的磁化電流。

束縛電流面密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。四、附加磁場(chǎng)〔由磁化電流產(chǎn)生〕【例7.2-1】總磁場(chǎng)：B’與B0

同向，且|B’|<|B0|，順磁質(zhì)B’與B0

反向，且|B’|<|B0|，抗磁質(zhì)B’與B0

同向，且|B’|>>|B0|，鐵磁質(zhì)五.磁化的規(guī)律磁介質(zhì)的磁化率比照電介質(zhì)電介質(zhì)的極化率各向同性線性電介質(zhì)各向同性線性磁介質(zhì)22§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場(chǎng)的邊界條件目錄磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度一、磁介質(zhì)中磁場(chǎng)的高斯定理二、磁場(chǎng)強(qiáng)度磁介質(zhì)中磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理：磁化電流產(chǎn)生:外磁場(chǎng)求B的困難所在：比照電介質(zhì)學(xué)習(xí)定義輔助的物理量---磁場(chǎng)強(qiáng)度

H:于是有如何求B？利用M和H之間的關(guān)系？線性各向同性磁介質(zhì)線性各向異性磁介質(zhì)SI中H單位：A/m三、線性各向同性的磁介質(zhì)實(shí)驗(yàn)公式：：介質(zhì)的磁化率：介質(zhì)的磁導(dǎo)率：介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率由H定義:抗磁質(zhì)順磁質(zhì)磁介質(zhì)磁化率真空中28磁介質(zhì)中描寫(xiě)恒定磁場(chǎng)性質(zhì)和計(jì)算磁場(chǎng)B的完備方程組由安培環(huán)路定理由介質(zhì)方程安培環(huán)路定理介質(zhì)方程高斯定理I0與L環(huán)繞方向成右手螺旋時(shí)為正，反之為負(fù)。電場(chǎng)磁場(chǎng)

電場(chǎng)磁場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)

一無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對(duì)磁導(dǎo)率。(2)介質(zhì)內(nèi)外界面上的束縛電流密度例:求解〔1〕根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理(1)磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度〔2〕由磁化強(qiáng)度矢量與束縛電流密度的關(guān)系內(nèi)界面:外界面:介質(zhì)中的磁場(chǎng)能量載流回路的磁能：建立磁場(chǎng)過(guò)程中外力克服感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所做的功。磁介質(zhì)

改變磁場(chǎng)

改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

改變磁能。例1：如圖：長(zhǎng)直密繞螺線管〔忽略邊緣效應(yīng)〕解：先設(shè)電流

I

根據(jù)安培環(huán)路定理求H

BL

36電源提供的一局部能量?jī)?chǔ)存在線圈內(nèi)—磁能，磁能定域在磁場(chǎng)中。1.磁場(chǎng)能量密度2.磁場(chǎng)能量