§6.1 分子电流观点
6.1分子电流观点详解
• 磁化（magnetization）
– 在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁 性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从 而改变原来空间磁场的分布
一 分子环流
问题的提出 – 为什么物质对磁场有响应 – 为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应 – 与物质内部的电磁结构有着密切的联系 两种微观模型 ━ 磁荷观点 类比电荷 ━ 分子环流 物质的磁性起源于原子的磁性 ━ 原子磁性 量子力学 ━ 严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上
两种微观模型 J 磁极化强度
四 磁化规律 * 两种微观模型 分子电流 磁荷 * 正确认识模型 等效 但赋予 B, H 的物理 意义不同
四 磁化规律 * 两种微观模型 分子电流 磁荷 * 正确认识模型 等效 但赋予 B, H 的物理 意义不同 M H * 分子电流观点中 M B,
在磁介质中划出任意宏观面 S 来考察：令其
边界线为L，则介质中的分子环流分为三类
• 不与S相交 • 整个为 S 所切割，即分子 电 流与S相交两次 • 被 L 穿过的分子电流，即 与 S相交一次 • 只有第三种情形对电流有 贡献， 在 L 上取线元 dl 为轴线， a 为底 作柱体，凡中心处在V内的分子 环流都为dl所穿过，共有分子数
磁化的描述
M I ' B B 0 B' 描 绘 磁 化
• 三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 ——磁化，之间必有联系，这些关系—— 磁介质磁化遵循的规律
3 磁化强度矢量与磁化电流的关系
• 磁化强度矢量沿任意闭合回路L的积分等于 通过以L为周界的曲面S的磁化电流的代数 和，即
对同性电荷的稳定性、电荷的量子化、轻子结构、轻 子和强子的统一组成、轻子和夸克的对称等难题等，都 能给以较好的解释。不仅对电磁理论而且对整个物理学 的基础理论都有巨大的影响。
分子电流
分子电流（molecular current）任何物质都是由分子（原子）构成的。
在经典原子模型中，分子中的电子绕原子核作轨道运动，形成轨道电流，构成轨道磁矩μL。
电子还有自旋磁矩μS。
因此，电子的总磁矩μ=μL+μS。
把整个分子（原子）中所有电子对外界产生的磁效应等效为一个圆电流I分子的磁效应，称圆电流I分子为分子电流。
分子电流的磁矩叫分子磁矩，用m分子表示，m分子=I分子S，S是分子电流围的面积，是S法线方向的单位矢量。
根据物质电结构学说，任何物质（实物）都是由分子、原子组成的，而分子或原子中任何一个电子都不停的同时参与两种运动，即环绕原子核的运动和电子本身的自旋。
这两种运动都等效于一个电流分布，因而能产生磁效应。
把分子或原子看成一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。
这种分子电流具有一定的磁矩，称为分子磁矩。
安培分子电流假说磁铁和电流都能产生磁场，磁铁的磁场和电流的磁场是否有相同的起源呢？电流是电荷的运动产生的，所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的．那么，磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢？我们知道，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场很相似．法国学者安培由此受到启发，提出了著名的分子电流的假说．他认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极.安培的假说能够解释一些磁现象．一根铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性．当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极．磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性．这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了.在安培所处的时代，人们对物质内部为什么会有分子电流还不清楚．直到20世纪初，才知道分子电流是由原子内部电子的运动形成的．安培分子电流的假说，揭示了磁铁磁性的起源，它使我们认识到：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的．磁性材料实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同．根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可粗略地分为三类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质．根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但此表告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性．实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因．我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质．通常所说的磁性材料是指强磁性物质．磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料．磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料．一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大．磁性材料按化学成分分，常见的有两大类：金属磁性材料和铁氧体．铁氧体是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物．软磁性材料的剩磁弱，而且容易去磁．适用于需要反复磁化的场合．可以用来制造半导体收音机的天线磁棒、录音机的磁头、电子计算机中的记忆元件，以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元件的铁芯等．常见的金属软磁性材料有软铁、硅钢、镍铁合金等，常见的软磁铁氧体有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等．硬磁性材料的剩磁强，而且不易退磁，适合制成永磁铁，应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中．常见的金属硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴合金等，常见的硬磁铁氧体为钡铁氧体和锶铁氧体．随着社会的进步，磁性材料和我们日常生活的关系也越来越紧密．录音机上用的磁带，录像机上用的录像带，电子计算机上用的磁盘，储蓄用的信用卡等，都含有磁性材料．这些磁性材料称为磁记录材料．靠着磁记录材料，我们可以在磁带、录像带、磁盘上保存大量的信息，并在需要的时候“读”出这些信息．磁记录材料在20世纪70年代以前采用磁性氧化物，1978年合金磁粉研制成功之后，开始采用金属磁性材料，从而大大提高了磁记录的性能．现在人们又在使用金属薄膜作磁记录磁性材料．磁记录技术又得到了进一步的提高．安培分子电流假说只是近似的正确。
61分子电流观点
引言：
磁介质
（1）前述真空中磁场，现介绍有磁介质时的磁场； （2）如同电介质对电场有响应，磁介质对磁场也有响应——磁化。 几乎所有气体、液体和固体等实物，无论其内部结构如何，对磁场都会有响 应，表明所有物质都有磁性。 大部分物质磁性都较弱，只有少数如金属铁、镍、钴及某些合金等才有强磁 性。 这种以铁为代表的磁效应特别强的物质称铁磁质， 其它非铁磁性物质为弱磁 质，又可分为顺磁质、抗磁质。 本章讨论磁性来源、磁化描述方法，有介质时的场方程、场能等内容。 §1 分子电 0 nI
/ /
⎫ ⎬ B = µ 0i = µ 0 M ⎭ � � � 两者同向。由 B = B0 + B / 得其大小为
B = µ 0 nI + µ 0 M
三、磁介质中的场方程 � � � 介质内： B = B0 + B / 1、高斯定理 因磁化电流 I / （又称束缚电流）在空间与传导电流 I 0 一样按毕奥—萨伐尔 � � � � 定律激发磁场 B / , B0 。故因 ∫ B / ⋅ dS = 0 ，而有 � � � � �/ � B ⋅ d S = B ⋅ d S + B 0 ∫ ∫ ∫ ⋅ dS =0
∑
l
之外不套
� dl
一进一出
面矢 a （分子电流所
�
图 7-1 经分析可知，对所取曲面的电流有贡献者，是那些与 l 相套链的分子环流。 � � � 在 Σ 的边线 l 上取线元 dl ，以 l 线为中心、取分子环流所围面积矢 a 为底构 � � 成斜圆柱，其体积为 dV = a ⋅ dl 。设磁分子数密度为 n，则分子数为 dN = ndV ，
∑m
∆V
�
分
其单位为： 1
安 ⋅ 米2 = 1安 。 3 米 米
第六章-磁介质概要
没有外磁场时 Ze2
4 0 r 2
m02r
(1) B
Ze2
40r 2
erB
m 2r
将 0 带入可得
Ze2
4 0 r 2
e0rB
erB
m02r 2m0r m()2 r
eB 或 e B
2m
2m
(2) B 此时 0 仍有 e B
2m
m0
er 2 2
0
m er2 e2r2 B
1.软磁材料 磁滞回 线狭长，磁滞损耗小，适用于交变磁场中。具有高的 磁导率和高的电阻率。
2.硬磁材料（永磁体）
永磁体(permanent magnet)是在外加的磁化场去掉后仍保留一定的
（最好是较强的）剩余磁化强度M（R 或剩余磁感应强度BR）的物体。 永磁体的作用是在它的缺口中产生一个恒定的磁场。做永磁铁的材
6.3.2 顺磁质和抗磁质
绕原子核轨道旋转运动的电子 相当于一个电流环，从而有一 定的磁矩称为轨道磁矩；
与电子自旋运动相联系的磁矩 叫做自旋磁矩；
由于电子带负电，其磁矩m和角速
度 的方向总是相反的。
I e e T 2
环形电流面积S r2
磁矩m
ISen
er 2 2
磁介质的分子可以分为两大类：一类分子中各电子 磁矩不完全抵消，因而整个分子具有一定的固有磁 矩；另一类分子中各电子的磁矩相互抵消，因而整 个分子不具有固有磁矩。
(L)
( L内)
在真空中M
0，H
B
0Leabharlann 或B=0 HH的单位：A/m或奥斯特(Oe),1A / m 4 103Oe
磁感应强度B所满足的“高斯定理”： B dS 0无论
(S)
磁介质(一)——分子电流观点资料课件
磁介质内部所有磁偶极子的矢量和。
磁介质的分类
顺磁质
在磁场作用下，原子或分子的 磁矩倾向于沿外磁场方向排列 ，导致宏观上表现出较弱的磁
性。
抗磁质
在磁场作用下，原子或分子的 磁矩倾向于与外磁场方向相反 排列，导致宏观上表现出较弱 的磁性。
铁磁质
在磁场作用下，原子或分子的 磁矩倾向于与外磁场方向一致 排列，导致宏观上表现出较强 的磁性。
磁性传感器
磁力计
用于测量磁场强度和方向，常用于导航、地质勘探和物理实验等 领域。
电流传感器
检测电流产生的磁场，用于监测和控制电流。
磁性开关
利用磁性材料的位置变化来控制电路的通断，广泛应用于自动化设 备和安全系统。
磁性治疗与医疗设备
磁疗
01
利用磁场作用于人体，产生微弱电流以缓解疼痛、促进血液循
环等。
磁介质(一)——分子 电流观点资料课件
目 录
• 磁介质的定义与分类 • 分子电流观点的基本理论 • 磁介质的磁化过程 • 磁介质的磁化特性 • 磁介质的磁化理论模型 • 磁介质的实际应用
01
磁介质的定义与分类
磁介质的定义
磁介质
能够被磁场磁化的物质。
磁化
在外磁场的作用下，磁介质内部磁偶极子的取向 趋于一致，形成宏观磁矩。
反铁磁质
在磁场作用下，原子或分子的 磁矩倾向于相互抵消排列，导 致宏观上表现出较弱的磁性。
02
分子电流观点的基本理 论
分子电流观点的提
安培
最早提出分子电流观点，认为磁 性物质内部存在分子电流，是磁 性的根源。
洛伦兹
进一步发展了安培的观点，认为 不仅磁性物质内部存在分子电流 ，而且非磁性物质在磁场中也会 产生分子电流。
安培分子电流假说解读
3．磁性材料有着广泛的应用，不同的磁性材料应 用于不同的场合．
例：一根软铁棒放在磁铁附近被磁化， 这是因为在外磁场的作用下（ ）
A．软铁棒中产生了分子电流 B．软铁棒中分子电流消失 C．软铁棒中的分子电流取向变得杂乱无章
D．软铁棒中的分子电流取向变得大致相同
解析：
软铁棒未被磁化时，内部各分子电流的取向 是杂乱无章的，它们磁场相互抵消，对外不显 磁性，铁棒被磁化，两端 对外显示出较强的磁性．
2．磁性材料的分类 （1）根据物质在外磁场中表现出的特性来分，可粗 略地分为三类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性 硬质． ①弱磁性物质：顺磁性物质和抗磁性物质称为驻磁 性物质． ②强磁性物质：铁磁性物质称为强磁性物质．
③物质磁性差异的原因：物质结构的差异性．
（2）根据磁化后去磁的难易程度来分，可分为两类： 软磁性材料，硬磁性材料 ①软磁性材料：磁化后容易去磁的材料叫软磁性 材料，剩磁较小． ②硬磁性材料：磁化后不容易去磁的材料叫硬磁 性材料，剩磁较大． ③根据组成磁性材料的化学成分来分，常见的有 两大类：金属磁性材料，铁氧体．
原子结构理论证实分子电流是存在的，不 因为被磁化而产生或消失． 所以，正确选项为D
小结：
安培提出了分子电流假说，对一些磁现 象做出了解释，不同的磁性材料有不同的 应用．
中央电教馆资源中心制作
2004.03
3．分子电流假说的验证
（1）能解释一些磁现象． ①软铁棒被磁化：各分子电流的取向由杂乱 变得大致相同． ②磁体受到高温或猛烈敲击会失去磁性：分 子电流的取向由大致相同变成杂乱．
（2）近代的原子结构理论证实了分子电流的存在． 根据物质的微观结构理论，微粒原子由原子核和核外 电子组成，原子核带正电、核外电子带负电，核外电子在 库仑引力作用下绕核高速旋转，形成分子电流．
第一节 分子电流观点
第六章磁介质
§1 分子电流观点（P560）
1. 一均匀磁化的磁棒，直径为 25毫米，长为 75毫米，磁矩为12000安·米2，求棒侧表面上面磁
化电流密度。
解：
2.一均匀磁化的磁棒，体积为 0.01米 3，磁矩为500安·米2，棒内的磁感应强度B=5.0高斯，求磁
场强度为多少奥斯特。
解：
3.如图所示是一根沿轴向均匀磁化的细长永磁棒，磁化强度为M，求图中标出各点的B和H。
解：
4. 如图所示是一个带有很窄缝隙的永磁环，磁化强度为M，求图中所标各点的B和H。
解：
5.试证明任何长度的沿轴向磁化磁棒的中垂面上侧表面内外两点1，2（见附图）的磁场强度H相等（这
提供了一种测量磁棒内部磁场强度H的方法）。
这两点的磁感应强度相等吗？为什么？[提示：利用安培环路定理式（6.11）。
]
解：
6. 在均匀磁化的无限大磁介质中挖去一半径为r高度为h的圆柱形空穴，其轴平行于磁化强度矢量M。
试证明：（1）对于细长空穴（h>>r），空穴中点的H与磁介质中的H相等；（2）对于扁平空穴（h<<r），空穴中点的B与磁介质中的B相等。
解：
7.一长螺线管长为l，由表面绝缘的导线密绕而成，共绕有N匝，导线中通有电流I。
一同样长的铁磁
棒，横截面也和上述螺线管相同，棒是均匀磁化的，磁化强度为M，且M=NI/l。
在同一坐标纸上分
别以该螺线管和铁磁棒的轴线为横坐标x，以他们轴线上的B，μ 0M 和μ0H为纵坐标，画出包括螺线管和铁磁棒一段的B-x，μ 0M -x和μ0H-x曲线。
解：。
磁介质教材电子版
§6 磁介质 ( Magnetic medium)§6－1 分子电流观点1. 何为磁介质在前几章里讨论载流线圈产生磁场和变化的磁场产生感应电动势的时候，都假定导体以外是真空，或者不存在磁性物质（磁介质）。
然而在实际中大多数情况下电感器件（如镇流器、变压器、电动机和发电机）的线圈中都有铁芯。
那么，铁芯在这里起什么作用呢？为了说明这个问题，看一个演示实验。
图6-2就是有关电磁感应现象的演示实验，当初级线圈的电路中开关K 接通或断开时，就在次级线圈A 中产生一定的感应电流。
不过这里我们在线圈中加一软铁芯。
重复上述实验就会发现，次级线 圈中的感应电流大大增强了。
知道 感应电流的强度是与磁通量的时间变化率成正比的。
上述实验表明，铁芯可以使线圈中的磁通量大大增加。
2.两种观点图6-1居里夫人图6-2电磁感应现象的演示实验有关磁介质（铁芯）磁化的理论，有两种不同的观点—— 分子电流观点和磁荷观点。
两种观点假设的微观模型不同，从而赋予磁感应强度B 和磁场强度H 的物理意义也不同，但是最后得到的宏观规律的表达式完全一样，因而计算的结果也完全一样。
在这种意义下两种观点是等效的。
本节介绍分子电流观点，下节介绍磁荷观点，并讨论两种观点的等效性问题。
3. 分子电流观点分子电流观点即安培的分子环流假说。
现在按照这个观点来说明，为什么铁芯能够使线圈中的磁通量增加。
如图6-3，我们考虑一段插在线圈内的软铁棒。
按照安培分子环流的观点，棒内每个磁分子相当于一个环形电流。
在没有外磁场的作用下，各 分子环流的取向是杂乱无章的（图6-3)，它们的磁矩相互抵消。
宏观看起来，软铁棒不显示磁性。
我们说，这时它处于未磁化状态。
当线圈中通人电流后，它产生一个外磁场B （这个由外加电流产生，并与之成正比的磁场，又叫做磁化场，产生磁化场的外加电流，叫做励磁电流）。
在磁化场的力矩作用下，各分子环流的磁矩在一定程度 上沿着场的方向排列起来（图6-4)。
提高课堂效率：安培分子电流假说的教学方法研究
提高课堂效率：安培分子电流假说的教学方法研究安培分子电流假说的教学方法研究随着社会的不断发展，科技的进步不断给我们的生活带来了便利与创新。
在教育方面，传统的教学模式已经不能满足现代化的教学需求。
因此，寻找一种能够提高课堂效率的教学方法成为重要的课题。
本文将会针对学科的特点，提出一种新的教学方法——安培分子电流假说的教学方法，并为初中物理教学提供一些参考性的意见和建议。
一、安培分子电流假说的基本概念安培分子电流假说是指：在导体中存在承载电流的物质实体——分子，并且分子中带有电荷的粒子在导体中自由移动的过程产生电流。
也就是说，电流是由带电粒子在导体中的移动而产生的。
二、教学方法对于这种涉及实验现象的理论概念，单纯的讲解和大量的记忆并不能真正的理解你发，因此我们可以从以下三个方面去进行教学。
1.实验模拟我们可以利用实验模拟的方式来体现这种现象的产生。
在实验室中，我们可以用一小段导体连接一个直流电路，然后利用模拟水中的溶液来模拟导体中的分子。
将一些小球浸入水中，每个小球上面贴上正电，另一些小球上面贴负电，这样做的目的是为了模拟分子中带有正或负电的粒子。
我们用一根金属导线将这些小球串联起来，形成一条类似于导体的通路，通路中负电通过每个小球转移。
在课堂上，通过这种实验模拟的方式，学生可以初步了解电流的特点，从而更好地理解安培分子电流假说的概念。
2.中外对比我们可以引领学生进行中外对比。
对比外国的物理教学和国内的物理教学，可以让学生了解不同教学方法所带来的不同效果。
从教学内容上，外国的物理教学大多是以实验为主，在进行实验的基础上，学生才得以探索理论；而国内的物理教学则是以理论探讨为主，实验反而成为次要的部分。
从教学方式上，外国的教学方法更注重于鼓励学生发现和探索，而国内的教学方法则更注重于答案和结论。
通过这样的对比，可以让学生更好地认识到不同的教学方法上的优点和不足，进而更好地认识到安培分子电流假说的意义和重要性。
§6.1 分子电流观点
H
B
0
M
D 0E P
例题一：长直螺旋管内充满均匀 磁介质( )，设励磁电流 I 0 ，单 位长度上的匝数为n 。求管内的 磁感应强度和磁介质表面的面束 缚电流密度。 解：因管外磁场为零，取如图
所示安培回路
B
I0 I0
B0 0 nI 0 , B 0i B B0 B 0 nI 0 0i M
很薄的磁介质片
l/d 0 B 0, B B0 B B0
讨论
三、 有介质时的高斯定理和安培环路定理
磁介质中的高斯定理 B dS 0
S
B B0 B
磁感应强度是外加磁场与介质 ' 内束缚电流产生的附加磁场 的合场强. B 磁力线无头无尾。穿 过任何一个闭合曲面 的磁通量为零。 S
。
外磁场为零，磁化强度为零。 外磁场不为零:
M、B0同向 顺磁质 Biblioteka M、B0 反向 抗磁质 B0
对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电 流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加， 在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺 线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。
磁化电流
cos 1 cos 2 l/d 1 (l / d )
2 1/2
l d 2 l2
2 1/2 B 0 M (l / d ) 1 (l / d )
无穷长圆棒
l , l / d B 0 M , B B0 B B0 0 M
普遍情况下可以证明
i M n
M
M
i i l 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。 束缚电荷面密度的大小等于 电介质有 P n 电极化强度的法向分量。
分子电流假说
分子电流假说为了解释永磁和磁化现象，安培提出了分子电流假说。
安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，而分子电流相当一个基元磁体。
当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流做的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性。
在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。
磁现象和电现象有本质的联系。
物质的磁性和电子的运动结构有着密切的关系。
乌伦贝克与哥德斯密特最先提出的电子自旋概念，是把电子看成一个带电的小球，他们认为，与地球绕太阳的运动相似，电子一方面绕原子核运转，相应有轨道角动量和轨道磁矩，另一方面又绕本身轴线自转，具有自旋角动量和相应的自旋磁矩。
施特恩-盖拉赫从银原子射线实验中所测得的磁矩正是这自旋磁矩。
（现在人们认为把电子自旋看成是小球绕本身轴线的转动是不正确的。
）电子绕原子核作圆轨道运转和绕本身的自旋运动都会产生电磁以太的涡旋而形成磁性，人们常用磁矩来描述磁性。
因此电子具有磁矩，电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。
因此，物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。
每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。
是原子磁矩的单位，。
因为原子核比电子重2000倍左右，其运动速度仅为电子速度的几千分之一，故原子核的磁矩仅为电子的千分之几，可以忽略不计。
孤立原子的磁矩决定于原子的结构。
原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有“永久磁矩”。
例如，铁原子的原子序数为26，共有26个电子，在5个轨道中除了有一条轨道必须填入2个电子（自旋反平行）外，其余4个轨道均只有一个电子，且这些电子的自旋方向平行，由此总的电子自旋磁矩为4 。
安培分子假说
安培分子假说
安培分子假说是电流的基本理论之一，得名于法国物理学家安德烈-玛丽·安培。
该假说描述了电流通过导体的基本规律。
主要内容包括：
1.安培定律：安培分子假说的核心概念是安培定律，它表明电流大小与导体中运动电荷的数量成正比，与电荷的流动速度成正比。
具体来说，电流的大小与通过导体横截面的电荷数目和电荷的流动速度有关。
2.电流的概念：安培分子假说认为，电流实际上是由电荷的流动引起的，电荷载体可以是电子、离子等。
当这些带电粒子在导体中运动时，它们形成了电流。
3.导体内部的运动：在导体中，电荷携带者以不同的方式移动。
例如，金属中的电子在外加电场的作用下会向一个方向流动，形成电流。
4.连续性：安培分子假说也指出，电流是持续不断的，电荷载体在导体中的运动是连续的，除非有外部因素干扰。
安培分子假说对电流的本质提供了一个基本框架，虽然现代物理学更多地将电流描述为电子或其他电荷携带者的移动行为，但安培分子假说仍然是电流概念的重要起点之一。
值得注意的是，在描述电流和导体中电荷移动的过程中，安培分子假说在某些情况下可能并不完全准确，但它为理解电流现象提供了一个直观的模型。
安培分子电流
安培分子电流
分子电流是安培认为构成磁体的分子内部存在的一种环形电流。
由于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。
通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁性。
当外界磁场作用后，分子电流的取向大致相同，两端显示较强的磁体作用，形成磁极，就被磁化了。
当磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性，是因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又变得杂乱无章了。
安培的分子电流假说具有十分重要的意义，一方面，它把磁体与磁体、电流与磁体、电流与电流、磁体与电流这种种磁相互作用归结为电流与电流的作用，建立了安培定律，开创了把电和磁联系起来的磁作用理论；另一方面，以分子电流模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极化与磁化的内在联系，因为分子电流无非是电荷的某种运动。
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l/d 0 B 0, B B0 B B0
讨论
三、 有介质时的高斯定理和安培环路定理
磁介质中的高斯定理 B dS 0
S
B B0 B
磁感应强度是外加磁场与介质 ' 内束缚电流产生的附加磁场 的合场强. B 磁力线无头无尾。穿 过任何一个闭合曲面 的磁通量为零。 S
由具有固有磁矩的分子组成。 p 0 顺 pm 0 m 磁 质 在外场中固有磁矩按统计规律重新取向分布。 同时产生附加磁矩，但前者大五个数量级。
抗 电子磁矩完全抵消，固有磁矩为零 磁 质 在外场中拉莫进动生成附加磁矩（感应磁矩） B 外磁场 B0与磁介质相互作用，使其 说明 0 处于特殊状态能产生新的磁矩，或 者说附加的磁场 B ' ,这过程为磁化。 B
pm 0 pm 0
* 磁化强度:
M lim pmi
i V 0
为了表征物质的宏观磁性或介质的 磁化程度，定义磁化强度矢量： 单位体积内分子磁矩的矢量和 它带来附加磁场 B '的贡献。 B
V
单位：安培/米 (A/m) M 是描述磁介质的宏观量 显然它与介质特性、温度与统计规律有关。
i i
L
L L
角动量绕着铅直轴 （重力方向）进动
mg
rC
* 在均匀外磁场中，电子的拉莫进动
电子的总角动量
pm
LS J
pm
L
M
轨道角动量与磁矩的关系：
pm I r 2 e
M rm
M
r2 2 r
pm
L
pm
普遍情况下可以证明
i M n
M
M
i i l 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。 束缚电荷面密度的大小等于 电介质有 P n 电极化强度的法向分量。
n
磁化强度的环流 以充满介质的螺旋管为例， 选如图回路，求环流
M dl M ab i ab I
B
B
磁介质中的安培环路定理 B dl 0 I0 0 I
L L L
束缚电流
有磁介质的总场
传导电流
L
M dl
L
I
Lห้องสมุดไป่ตู้
Ii
B
0
B dl 0 I0 0 M dl
L L L
(
铁磁质
1
0
如铁、钴、镍等
类似电介质的讨论，从物质电结构来说明磁性的起源。
分子电流和分子磁矩在外磁场中的行为
原子中电子参与两种运动： 自旋及绕核的轨道运动，对 应有轨道磁矩和自旋磁矩。 用等效的分子电流的磁效应 来表示各个电子对外界磁效 应的总合，称为分子电流、 固有磁矩。 分子电流所对应的磁矩在 外磁场中的行为决定介质 的特性。
H 的环流仅与传导电流 I 有关,与介质无关。 (当 I相同时，尽管介质不同，H在同一点上 也不相同，然而环流却相同。因此可以用它 求场量 H ，就象求 D 那样。
磁介质中的安培环路定理
电介质中的高斯定理
B dl 0 I0 0 I B dl 0 I0 0 M dl
M
A
D
I
M
磁化面电流线密度 ji '
l
B C
在垂直于电流流动方向上 单位长度的分子面电流。
i
l
设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电 流为 i （面磁化电流密度），则长为l 的一段介 质上的磁化电流强度为
I i l
设介质的截面积 S，则有：
I S ilS M i V V
L
M ) dl I
L
定义磁场强度 物理意义
H
B
H dl 0 I0
L L
0
M
则有：
沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的自由电流的代数和。 磁场强度H的单位：安培/米(A/m) 1奥斯特=103/4(A/m) SI 1高斯=104特斯拉
。
外磁场为零，磁化强度为零。 外磁场不为零:
M、B0同向 顺磁质 M、B0 反向 抗磁质
B0
对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电 流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加， 在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺 线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。
磁化电流
第六章 磁场中的磁介质
§6.1 分子电流观点
一、 磁介质的磁化
实验发现：有、无磁介质的 螺旋管内磁感应强度的比值， 可表征它们在磁场中的性质。
B0
I
I
* 相对磁导率:
B B0
B
I
I
磁介质的分类： 顺磁质
1
如氧、铝、钨、铂、铬等。
抗磁质
1
超导体是理想的抗磁体
如氮、水、铜、银、金、铋等。
S
H
B
0
M
D 0E P
例题一：长直螺旋管内充满均匀 磁介质( )，设励磁电流 I 0 ，单 位长度上的匝数为n 。求管内的 磁感应强度和磁介质表面的面束 缚电流密度。 解：因管外磁场为零，取如图
所示安培回路
B
I0 I0
B0 0 nI 0 , B 0i B B0 B 0 nI 0 0i M
p pm
m
B
pm
I I
I
pm
I
pm
分子磁矩在外磁场中受到 磁力矩，使它向磁场方向 偏转，且按统计规律取向
def pm ISn
M pm B
除此之外，分子磁矩在外磁场中还有绕磁场的进动。
以陀螺为例说明：
dL M dt
i
M M
( d i )ri miVi ) mg ( r m d r rC mg dt dt
cos 1 cos 2 l/d 1 (l / d )
2 1/2
l d 2 l2
2 1/2 B 0 M (l / d ) 1 (l / d )
无穷长圆棒
l , l / d B 0 M , B B0 B B0 0 M
L L
a d
b c
磁化强度沿任一回路的环流，等于 穿过此回路的束缚电流 I 的代数和
M dl
L
I
L
物理意义
磁化强度
束缚面电流
磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过 此回路的束缚电流 I 的代数和。I 与L环 绕方向成右旋者为正，反之为负。 与电介质中对比的公式
P dS qi
L L L L L L
1 E dS 0 ( q qi) S
1 E dS 0 ( q P dS ) S S
(
L
B
0
M ) dl 0 I 0
L
( 0 E P) dS q
B0
电子磁矩受到力矩 M pm B
角动量定理 M dL dt
pm
e pm L 2m
B0
结论
B0 反向。
绕磁场进动附加一磁矩
与外场
d
LP
dLP
B
前面以轨道运动为例的结果同样适用于电子及核的自旋
* 固有分子磁矩包括所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩
S S
电极化强度
束缚电荷
二、 磁介质内的磁感应强度
B B0 B
考虑一根沿轴均匀磁化的磁介质圆棒
2 0 M (cos 1 cos 2 ) 2
B
0i
i M
(cos 1 cos 2 )
B
0 nI
2
(cos 1 cos 2 )
在轴线中点上（d圆棒直径，l圆棒长度）
顺磁质 所以 B 与
B0 同方向 抗磁质 M 与 B0反向， 所以 B与 B0 反方向，
M 与 B0 同向，
B B
B0 B0
（只有附加磁矩）
磁化强度
注意：对顺磁质， pm 可以忽略；
对抗磁质 pm 0 ，对于真空，M 0
H dl ab nI 0 ab H
L
B
b b
aa
d
c
n
H nI 0
M B r 1)nI 0 B (M H
0
B0
M i ( 1)nI 0 , B 0 nI 0