6.1分子电流观点详解

• 所谓磁化：
“磁荷”模型要点
• • • • • 磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸 磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律） 定义磁场强度为单位点磁荷所受的磁场力 把磁介质分子看作磁偶极子 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、 负磁荷聚集两端的过程，磁体间的作用源于其 中的磁荷 • 目前没找到单独存在的磁极——？
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。
二 磁化的描述
1 磁化强度矢量
– 为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强 度），引入磁化强度矢量的概念 – 磁化程度越高，矢量和的值也越大
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
分子电流
– 安培的大胆假设
– 磁介质的“分子”相当于一个环形电流，由电 荷的某种运动形成，它没有像导体中电流所受 的阻力，分子的环形电流具有磁矩，在外磁场 的作用下可以自由地改变方向 把种种磁相互作用归结为电流——电流相互作用， 建立了安培定律——磁作用理论 在安培时代，对于物质的分子、原子结构的认识 还很肤浅，电子尚未发现，所谓“分子”泛指介 质的微观基本单元
* 磁路定理
七 磁场的物质性
* 能量 能量密度
6-1 分子电流观点 习题：6.1-1, 6.1-3
• 磁性：
6.1-6
– 物质的基本属性之一，即物质的磁学特性 – 吸铁石——天然磁体 —— 具有强磁性 – 多数物质一般情况下没有明显的磁性
• 磁介质（magnetic medium）
– 对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 – 一般实物在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性， 即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质
B (1 )0 H 0r H
* 磁介质分类 r 弱 强 铁磁质
五 有介质存在时磁场性质的描述 * 高斯定理 环路定理 * 简化对磁场与介质相互作用的处理
五 有介质存在时磁场性质的描述 * 高斯定理 环路定理 * 简化对磁场与介质相互作用的处理
六 应用
* 边界条件 磁屏蔽
• 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,
现代的观点 • 分子磁矩 m分子= ml+ ms （矢量和）
– 轨道磁矩ml ：由原子内各电子绕原子核的轨道 运动决定 – 自旋磁矩ms ：由核外各电子的自旋的运动决定
– 就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布 （无序）—— 整齐排列（有序） – 每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子 – 磁化了的介质内分子磁矩矢量和 m分子0 – 分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流 I’ （虽然不同的磁介质的磁化机制不同）
m M V
分子磁矩 的矢量和
体积元
单位（安/米）
Am
1
意义 磁介质中单位体积内分子的合磁矩.
2 磁化电流
• 介质对磁场作用的响应的结果 • 磁化电流不能传导，束缚在介 质内部，也叫束缚电流 • 能产生附加磁场，满足毕奥 萨伐尔定律 • 附加场反过来要影响原来空间 的磁场分布 • 磁介质均匀时，只有介质表面 处，分子电流未被抵销，有磁 化电流
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
磁化电流与传导电流
• 传导电流
– 载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦 耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律
Baidu Nhomakorabea
• 磁化电流
– 磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分 子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是 大量分子电流统计平均的宏观效果
• 相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产 生磁场规律 • 不同之处：电子都被限制在分子范围内运动； 分子电流运行无阻力，即无热效应
通过以L为界S面内 全部分子电流的代 数和
M dl I'
L L内
证明： 把每一个宏观小体积内的分 子看成完全一样的电流环即 用平均分子磁矩代替每一个 分子的真实磁矩
设单位体积内的分子环
m分子 Ia
流数为n，则单位体积内 m分子 nIa M
分子磁矩总和为
磁介质
(研究方法与电介质类似）
从以下几个方面进行研究
一 磁场最基本的属性 * B 的定义及特点 相互作用 二 什么是磁介质 * 实物 4% 暗物质 23% 暗能量 73% * 实物的组成 * 怎样认识暗物质 三 磁化现象及描述 * 表现 B ', I ' * 本质 磁场和运动电荷之间有相互作用
三 磁化现象及描述 * 表现 B ', I ' * 本质 磁场和运动电荷之间有相互作用 例子：电磁感应加铁芯 * 描述：（1） B, B ', I ' （2） M 磁化强度