第15磁介质的磁化
磁介质及其分类
4
第15章 物质的磁性
3) 原子核的磁矩
整个原子核的自旋磁矩
r Pg
e
r I
2mp
r I
为核的自旋角动量， 因子g由原子核决定。
由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。
4) 分子磁矩和分子电流
I分
电子轨道磁矩
电子自旋磁矩
分子磁矩
r P分
等效
S分 r P分
分子电流I分
原子核的磁矩
5
第15章 物质的磁性
2. 磁介质的磁化
rr
B r B0
μr ─相对磁导率
rr r B B0 B
B0 B
I0
长直密绕螺线管
▲ 弱磁质， r 1
•顺磁质
r 1
如：Mn ，Al，O2，N2 ，…
g，Cl2，H2， …
▲ 铁磁质 r 1 如：Fe，Co，Ni， …
2
第15章 物质的磁性
二、 磁介质的磁化
第 i 个电子受的磁力矩 rr r Mi Pm,i B0
电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内
r
Mi
r
电子轨道角动量增量
rr
r
Li
d Li Mi dt Li
轨道角动量绕磁场旋进
∴ 电子旋进，它引起的感应
r
r
r
磁矩 Δ Pm,i 反平行于 B0
Pm,i
这种效应在顺磁质中也有，不过与分
子固有磁矩的转向效应相比弱得多。
电子轨道半径不变
当外场方向与原子磁矩反方向时
f Pm (Pm )
7
第15章 物质的磁性
B0
Pm
o
r
e
f
Pm
v
磁介质的磁化与磁滞现象
磁介质的磁化与磁滞现象磁介质是一类特殊的材料，它在外加磁场的作用下会发生磁化现象。
磁化是指磁介质中原子或分子的磁矩在外加磁场的作用下发生定向排列的过程。
那么，磁介质的磁化是如何发生的呢？要了解磁介质的磁化过程，首先需要知道磁介质是由多个微小的磁畴组成的。
每个磁畴都具有一定的磁矩方向，但在没有外加磁场时，各个磁畴的磁矩方向是杂乱无章的。
当外加磁场作用于磁介质时，它会对磁畴的磁矩施加一个力矩，试图使磁矩与外加磁场方向相同。
由于各个磁畴之间存在互相影响的相互作用力，使得磁化过程并不是瞬时发生的。
在外加磁场作用下，磁介质中的磁矩会逐渐定向，并在达到平衡状态后保持一定的方向。
这个过程称为磁化过程。
磁滞现象是磁介质在磁化和去磁化过程中所显示出的一种特殊现象。
当外加磁场逐渐增大时，磁介质的磁化程度也随之增大。
然而，在达到一定磁场强度时，磁化程度不再随着外加磁场的增加而增大，而是停滞不前或增长速度变缓。
这个临界点称为饱和磁场强度。
同样，在减小外加磁场的过程中，磁介质的磁化程度也不是立即减小的。
相反，其磁矩仍然保持一部分定向，直到达到另一个临界点，也就是剩余磁场强度。
在这之后，磁介质中的磁矩会迅速消失，回到没有外加磁场时的状态。
磁滞现象是由于磁介质分子或原子之间存在着一定的耦合力。
当外加磁场改变其方向时，磁介质分子或原子不会立即跟随改变，而会保持一定的反向或相对不变的磁矩方向，这就导致了磁滞现象的出现。
磁滞现象不仅仅是磁介质的特性，它在很多应用中都起到重要的作用。
例如，磁滞回线的图像可以用于磁性材料的检测和识别。
在磁存储设备中，磁滞现象也被用来存储信息。
通过合理地控制外加磁场的大小和方向，可以实现信息的写入和读出。
除了磁滞现象外，磁介质的磁化还受到一些其他因素的影响。
温度是影响磁介质磁化性能的重要因素之一。
随着温度的升高，磁介质内部的原子或分子热运动增强，磁畴的稳定性减弱，从而降低了磁化程度。
此外，磁介质的组成和结构也会对磁化性能产生影响。
磁介质的磁化与磁化强度的计算
磁介质的磁化与磁化强度的计算磁介质是一类能够被磁化并保持磁化状态的物质。
它的磁化过程和磁化强度的计算对于理解磁性材料的性质和应用具有重要意义。
本文将详细介绍磁介质的磁化过程以及如何计算磁化强度。
1. 磁化过程磁介质的磁化过程可以分为自由磁化和感应磁化两个阶段。
自由磁化是指在磁场的作用下，磁介质中的磁性微区域（磁畴）发生磁矩定向的过程。
在自由磁化过程中，磁介质内部的磁矩会逐渐定向，并在达到饱和磁化强度时停止变化。
饱和磁化强度是指磁介质中所有磁矩都在磁场的作用下达到最大定向程度的状态。
感应磁化是指在外加磁场存在的情况下，磁介质中的磁矩发生进一步的调整，以适应外加磁场的变化。
感应磁化过程中，磁介质的磁矩会随着外加磁场的变化而变化，但总体上仍保持相对的定向。
2. 磁化强度的计算磁化强度是描述磁介质磁化程度的物理量，用字母H表示。
磁化强度的计算方法根据磁场类型的不同而有所不同。
对于恒定磁场，磁化强度可以通过以下公式计算：H = B/μ0 - M其中，B为磁感应强度，μ0为真空中的磁导率，M为磁化强度。
恒定磁场中，磁化强度的方向和磁感应强度的方向相同。
对于交变磁场，磁化强度可以通过以下公式计算：H = Im(B)/μ0 - M其中，Im(B)为磁感应强度的实部，μ0为真空中的磁导率，M为磁化强度。
交变磁场中，磁化强度的方向和磁感应强度的实部方向相同。
需要注意的是，磁化强度和磁感应强度的单位一般为安培/米（A/m）。
3. 磁介质的应用磁介质由于其特殊的磁化特性，在很多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的磁介质应用：（1）磁存储器件：磁介质的磁性能使其成为磁存储器件（如硬盘驱动器、磁带等）中的重要组成部分。
（2）变压器：磁介质广泛应用于变压器中，通过磁化和磁感应的相互作用来实现电能的传输和转换。
（3）磁共振成像：磁介质的磁性质使其成为核磁共振成像（MRI）技术中的重要材料，用于获取人体内部的磁共振信号。
（4）磁随机存取存储器：磁介质的磁性使其成为磁随机存取存储器（MRAM）等新型存储器件的关键部件。
磁介质的磁化规律
外圆柱面内一点到轴的垂直距离是 I I I
r1，以r1为半径作一圆，取此圆为积 分回路，根据安培环路定理有Biblioteka Hdl H
2r1 0
dl
I
H I
2r1
B
0 H
0
I
2 r1
（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则
以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有
H
d
l
H
2r2
0
d
l
H
2r2＝I
r 2 2
迈斯纳效应：完全抗磁性
处于迈斯纳态的超导体会表现出完美抗磁性，或超抗磁性，意思是 超导体深处（离表面好几个穿透深度的地方）的总磁场非常接近零。 亦即是它们的磁化率 = −1。抗磁性体的定义为能产生自发磁化的 物料，且磁化方向与外加场直接相反。然而，超导体中抗磁性的基 本来源与一般材料的非常不同。在一般材料中，抗磁性是原子核旁 电子的轨道自旋，与外加磁场间电磁感应的直接结果。在超导体中， 完全抗磁性的原因是表面的超导电流所引起的，电流的流动方向与
的基本物理量。
例1 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，
已知螺绕环中的传导电流为I ，单位长度内匝数 n ，环
的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁 导率为 。求环内的磁场强度和磁感应强度。
解：在环内任取一点，
过该点作一和环同心、 半径为 的圆r形回路。
r
H dl NI
式中 为N螺绕环上线圈
进动 pm
L e
进动
pm
e
L
pm
pm
B0
进动 B0
可以证明：不论电子原来 的磁矩与磁场方向之 间的夹角是何值，在外磁场 B0中，电子角动量 L进 动这的种转等向 效总 圆是 电和 流的磁磁力矩矩的M方的向方永向远构与成右B0手的螺方旋向关相系反。。
简述磁介质磁化的过程
简述磁介质磁化的过程磁介质磁化的过程是指磁介质中的磁场通过线圈、电流或其他方式被生成、变化和维持的过程。
磁介质磁化是通过将磁介质中的磁场磁化来实现的。
这是一种机械、电磁、物理学中大量用到的过程。
此外，它也是许多电子设备，比如磁带、磁性存储设备及磁性记忆器中使用的重要技术。
磁介质磁化的基本过程是：磁介质和磁体之间存在相互作用，其主要原理是磁场的磁场线在磁体表面上形成微小的微环，从而形成一种微环磁场，从而使磁介质内的磁性物质磁化。
首先，将磁体放置在磁介质中，磁介质会吸收磁体表面上磁场线的能量，因此磁介质会受到磁场的影响，并会受到磁场的作用，从而磁介质中的磁性物质会被磁化。
其次，磁场的作用会使磁介质中的磁性物质产生磁力，磁力会改变磁介质中磁场的方向，从而使磁介质中的磁性物质被磁化。
磁介质磁化后，磁体上所有的磁性物质都会受到磁场的影响，并会受到磁场的磁力的影响，从而使所有的磁性物质都能够被磁化。
磁化过程中，当磁体上的磁场太强时，磁介质内的磁性物质会被磁化得更强，如果磁体上的磁场太弱则磁介质内的磁性物质会被磁化得更弱。
因此，为了获得良好的磁介质磁化效果，需要选择合适的磁体强度。
最后，磁介质磁化后，磁介质中的磁场会改变，也就是磁介质会被磁化。
磁介质磁化后，磁介质的外部特性会发生变化，这些外部特性主要受到磁介质的磁化程度和磁体强度的影响。
总之，磁介质磁化的过程是指磁介质中的磁场通过线圈、电流或其他方式被生成、变化和维持的过程。
磁介质磁化过程需要磁介质和磁体之间存在相互作用，从而使磁介质中的磁性物质磁化，磁介质磁化后会使磁介质外部特性发生变化。
因此，磁介质磁化也是许多电子设备，比如磁带、磁性存储设备及磁性记忆器中使用的重要技术。
磁介质响应外磁场而产生磁化电流的过程
1、磁化强度
定义:
磁介质中单位体积内分子磁矩的矢量和，记作
M
在介质中任取一体积元 V
mi
M i
V
mi代表 V内第个 i
分子的磁矩
说明
方向：与分子磁矩矢量和同向。 单位：安/米，A/m
a. V 体积元宏观足够小，微观足够大
b.
M 可以反映介质中任一点磁化程度，所以
M 应
是磁介质内空间各点的位置函数,若在某介质内各点
行分类：
B B0
r
—— 相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度
磁介质的分类
BB 0B
r
B B0
1、顺磁质： r 1
如锰、铬等
B B0
特点：激发的附 加磁场极其微弱
2、抗磁质： r 1 B B0
如铜，汞、金等
B与 B 0 相差很小
3、铁磁质：r1
BB0
如铁、镍、钴等
4、超导体: r 0 B0
磁化电流： 磁介质物质分子中的原子核和电子都在运动，它们受到 外磁场的作用力要改变运动状态，其结果是使磁介质中 出现宏观的电流——磁化电流
磁化： 磁介质响应外磁场而产生磁化电流的过程——磁化 物质的这种性质被称为磁性
磁介质应用： 制造磁芯材料作为功率器件应用于发电和电机等领域 制造信息存储器件如磁带、磁盘等
v
l
与电子作轨道运动所对应的圆电流在磁场中受到的
磁力矩为
M l lB 0
l 2emL
M l lB 0
B
0
由质点的角动量定理 (外力矩等
于固有角动量的时间变化率)
dLMld t lB0dt
dL 2 e m (L B 0)dt
L
磁介质的磁化及有磁介质存在时的磁场
2013/4/17
磁化强度矢量M和B的关系
磁介质磁化达到平衡后，一般说来，磁化
强度矢量M应由总磁感应强度B确定
BB
M和B之间的关系
0
B'
磁介质的磁化规律（通常由实验确定）
磁介质种类繁多，结构性质各异，磁介质中M
和B的关系很难归纳成一个统一的形式
线性磁介质
M kmB
非线性磁介质：
km
m 0
均与介 质性质 有关
M与介M质表n 面i'或磁M化t 电i' 流的面关磁化系电流密度
证明
在介质表面取闭合回路
穿过回路的磁化电流
I' i'l
b
b
a
M t dl
c
M=0
d
a
M dl a M dl b M dl c M dl d M dl
L
bc、da<< dl
M tl i' l M t i' 得证
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
其实在安培时代，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
继续
2013/4/17
“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 H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
附加场反过来要影响原来空间的 磁场分布。
各向同性的磁介质只有介质表面 处，分子电流未被抵销，形成磁 化电流
2013/4/17
磁化电流与传导电流
传导电流
介质的磁化解析
在界面z=0上，en ez
JmS M en M0ez (ez ) 0
在界面z=L上，en ez
JmS M en M0ez ez 0
在界面r=a上，en e
JmS M en M0ez e M0e
2.4.3 媒质的传导特性
J E
欧姆定律的微分形式
§ 2.4.2 磁介质的磁化
1、磁介质的磁化
研究物质的磁效应时，将物质称为磁介质。磁介质分子中
所有电子的运动等效于一个环形电流，称为分子电流，分
子电流的磁偶极 矩称为分子磁矩。
pm iSen
1）磁化强度定义
pmi
lim M
i
V 0 V
式中pmi是体积元ΔV内的任一分子磁矩。如在磁化介质中的体积
P E2dV
V
表 3-1 常用材料的电导率
材料 铁(99.98 % )
黄铜 铝 金 铅 铜 银 硅
电导率σ/(S/m) 107
1.46×107 3.54×107 3.10×107 4.55×107 5.80×107 6.20×10 1.56×10-3
的材料称为理想导体
0 的材料称为理想的电介质
电场对单位体积提供的功率为
ห้องสมุดไป่ตู้
p dP J E dV
p J E
此式就是焦耳定律的微分形式。
应该指出，焦耳定律不适用于运流电流。因为对于运流电 流而言，电场力对电荷所作的功转变为电荷的动能，而不是转 变为电荷与晶格碰撞的热能。
在导电媒质中消耗的功率为：
P pdV J EdV
V
V
在线性各向同性导电媒质中：
(线性各向同性导电媒质)
在导电媒质中，设体密度为 的电荷在电场力作用下以平均
磁介质的磁化
磁介质的磁化
磁介质的磁化是一个广泛而重要的物理热力学过程，在物理中，“磁性”是一种指物
体内基本电子及其缀合体以及其他粒子的动量的能量分�Oszl"和�MfFF�的结果。
磁化
过程的关键就在于调节这些颗粒的动量秩序，使其穿过物体对半对称，甚至是有序构造。
一旦实现它，磁介质就可以拥有一个定义清晰、蓝图明确的磁场。
在磁介质磁化之前，其中的颗粒是在随机分布的状态，这就意味着它们没有一个清晰
的中心，或者说，没有一个十足的磁场，而是一个非常脆弱的磁场，它可能很难满足一些
特定的应用场景。
例如，磁介质用于连接电路的静态记忆时，一定要有一个强大的磁场来
精确控制存储信息的位置和数量；否则，信息可能会模糊或者变得不可预料。
因此，磁介质磁化就显得尤为重要，它可以为磁介质提供强大的磁场，从而使其具备
特定的功能和性能。
磁介质磁化过程有几种，其中最常见的是热磁化，就是利用热效应去
影响颗粒的动量秩序，从而解锁它们的磁性能质。
在热磁化过程中，磁介质会被加热到较
高的温度，从而产生一个“自旋温度”，即自旋的秩序会被大量改变，从而促使物体获得
更大的磁性能。
在热磁化后，物体多数会变得十足磁性，并且具有一定的磁场稳定性和范围。
在现代社会，磁介质磁化技术也发挥了重要作用，它在电路工程、数据存储等领域都
可以得到大量应用。
它不仅为电路工程提供了有力的辅助，而且也可以大大提高数据存储
容量，成为磁记忆形式中最重要的一部分。
磁介质的磁化未来还将发挥越来越重要的作用，将为人们生活工作提供更多的便利。
磁学中的磁介质磁化行为探究
磁学中的磁介质磁化行为探究磁学是物理学中的一个重要分支，研究的是磁场、磁力和磁性物质之间的相互作用。
而在磁学中，磁介质是一个不可或缺的概念，它是指能够被磁场磁化的物质。
在这篇文章中，我们将探究磁介质的磁化行为以及背后的原理。
首先，我们需要了解什么是磁介质。
磁介质是一种非永磁物质，即在外加磁场作用下，能够表现出磁化行为，但在去除外加磁场后，其磁化程度会迅速减小，甚至归零。
这是与永磁体的最大区别。
磁介质分为软磁介质和硬磁介质两类。
软磁介质是指在外加磁场作用下能够快速磁化和磁消失的物质，常见的软磁介质有铁、镍等。
而硬磁介质则是指在外加磁场作用下能够保持长时间磁化的物质，如铁石、氧化镁等。
那么，磁介质的磁化行为是如何产生的呢？这涉及到一个重要的概念——磁畴。
磁畴是由一组自发磁化的微观区域组成的，每个磁畴中的自发磁化方向一致。
在没有外加磁场的情况下，各个磁畴的自发磁化方向是随机的。
但当外加磁场作用时，磁介质内部的磁畴将会被排列而形成宏观的磁化效果。
具体来说，外加磁场作用下的磁介质磁化行为可通过磁化曲线来描述。
磁化曲线，又称为磁化特性曲线，是描述磁介质磁化过程中磁化强度和外加磁场强度之间关系的曲线。
在磁化曲线中，一般有三个重要点，即饱和磁化强度、剩余磁化强度和协调磁化系数。
饱和磁化强度是指在外加磁场较大情况下，磁介质仍能保持最大磁化强度的值。
而剩余磁化强度则是指在去除外加磁场后，磁介质中还保留的磁化强度。
协调磁化系数则描述了磁介质在外加磁场下的磁化程度。
那么，磁介质的磁化行为又与哪些影响因素有关呢？第一个关键因素是温度。
在高温下，磁介质的磁化强度会减弱，直至失去磁性。
这是因为高温会破坏磁介质内部的磁畴结构。
此外，外加磁场的强度也会影响磁介质的磁化行为。
较强的外加磁场能够更快地磁化磁介质，并增加饱和磁化强度。
除此之外，磁介质的形状和组成也会对磁化行为产生影响。
比如，某些晶体结构不对称的磁介质，如铁石，其形状改变时会引起外加磁场和内部磁态的相互作用，从而改变磁化行为。
第15章磁介质
第15章磁介质一、物质的磁化1、磁介质中的磁场设真空中的磁感应强度为的磁场中，放进了某种磁介质，在磁场和磁介质的相互作用下，磁介质产生了附加磁场，这时磁场中任意一点处的磁感应强度2、磁导率由于磁介质产生了附加磁场磁介质中的磁场不再等于原来真空中的磁场，定义和的比值为相对磁导率：介质中的磁导率：式中为真空中的磁导率3、三种磁介质（1）顺磁质：顺磁质产生的与方向相同，且。
略大于1（2）抗磁质：抗磁质产生的与方向相反，且。
略小于1（3）铁磁质：铁磁质产生的与方向相同，且。
远大于1二、磁化强度1、磁化强度定义为单位体积中分子磁矩的矢量和即：2、磁化强度与分子面电流密度的关系：式中为磁介质外法线方向上的单位矢量。
3、磁化强度的环流即磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围面积内的总分子电流三、磁介质中的安培环路定律1、安培环流定律在有磁介质条件下的应用即：2、磁场强度定义为：3、磁介质中的安培环路定律：4、应用磁介质中的安培环路定律的注意点：（1）的环流只与传导电流有关，与介质（或分子电流）无关。
（2）的本身（）既有传导电流也与分子电流有关。
既描写了传导电流磁场的性质也描写了介质对磁场的影响。
（3）要应用磁介质中的安培环路定律来计算磁场强度时，传导电流和磁介质的分布都必须具有特殊的对称性。
5、磁介质中的几个参量间的关系：（1）磁化率（2）与的关系（3）与等之间的关系四、磁场的边界条件（界面上无传导电流）ေ、壁介蔨分界面伤边磁感应强度的法向分量连廭，即Ҩ2、磁介谨分界面两龹的磁场强嚦纄切向分量连续，即：Ƞ3 磃感应线的折射定律ā＊怎义如图15-1所示）五、铁磁物贩q、磁畴：电子ꇪ旋磁矩取向相同的對区域。
2、磁化曲线（图55-2中曲线）ေ磁导率曲线（图15-2中??曲线）4、磁滞回线ေ图17耩3）图中乺矫끽嚛㠂5、铁磁质与非铁㳁质的主要区别：铁磁物质产生的附加磁场错误!未定义书签。
的比原来真空中的磁场大得多。
磁介质
H d l Ic
L
Ic——穿过回路L的传导电流 (自由电流)的代数和
—— H的环路定理
§15.4 铁磁质(ferromagnetic substance) 一、铁磁质的特性 1、具有很大的μr (μr>>1)， 可达102～105. μr μr是变量，它随H而变。 μ m i ─ 起始磁导率； m ─ 最大磁导率。 μi 2、有磁化饱和及剩磁现象。 H 0 B BS H增至一定值，B=BS，不再 增加——达到饱和状态。
起始磁化曲线
0
H
BS ─ 饱和磁感应强度
达到饱和状态后，使H ，
0
当H=0时，B=Br≠0——剩 余磁感应强度（简称“剩 磁”） 3、有磁滞现象 B落后于H的变化，称 为磁滞现象。
4、都有一个临界温度——居里点 当温度高于居里点时，铁磁质→普通的顺磁质。
二、磁滞回线(B-H回线) 1、矫顽力(coercive force) 欲去掉剩磁(使B →0)，须加 反向磁化场，其场强的量值 Hc——矫顽力。 不同铁磁质磁滞回线的主要 区别就在于Hc的大小。 2、磁滞损耗(hysteresis loss) : 铁磁质反复磁化时发热而耗散的能量。 （变化的磁场产生涡电流，涡电流有热效应。） 可以证明：磁滞损耗与B-H回线包围的面积成 正比。
B0
Ic
Ic
B
μr ——相对磁导率 (relative permeability)
二、磁介质的分类 1、顺磁质： B与B0同向，因而 B B0 . r （但 1 r 1） . 如O2、N2、Al、Na等。 2、抗磁质： B与B0反向，因而 B B0 . r （但 1 r 1） . 如H2、Au、Ag、Cu等。 以上两类磁介质统称为弱磁质。 对真空， µ r= 1；对空气， µ r ≈ 1. 3、铁磁质： µ r>> 1且为变量的特殊顺磁质。 B与B0同向， B B0 . 是一种强磁质。 如Fe、Co、Ni及其合金、氧化物等。
磁介质的磁化与磁化强度
磁介质的磁化与磁化强度在日常生活中，我们常常会接触到一些与磁性有关的物品，比如磁铁、磁卡等等。
这些物品之所以具有磁性，是因为它们含有一种特殊的物质，即磁介质。
那么，磁介质的磁化与磁化强度是如何产生的呢？首先，我们来了解一下什么是磁介质。
磁介质是指能够被磁场影响而发生磁化的物质，它可以是固体、液体或气体。
在磁介质中，存在着微观的磁性基本元件，如铁磁颗粒或分子磁矩。
当外加磁场作用于磁介质时，这些基本元件会发生重新排列，从而产生宏观上的磁化效应。
磁介质的磁化过程可以分为自发磁化和感应磁化两种方式。
自发磁化是指在没有外加磁场作用时，磁介质自身就具有磁化强度。
这一现象主要存在于铁磁体中，比如铁、镍和钴等物质。
在自发磁化过程中，铁磁体中的微观磁矩会自发地同向排列，并形成磁畴结构。
这种自发磁化的状态使得铁磁体对外加磁场有较强的响应能力，也使得它具有较高的磁导率和磁化强度。
而感应磁化则是指在外加磁场的作用下，磁介质发生磁化的过程。
在感应磁化的过程中，外加磁场会引起磁介质中微观磁矩的重新排列，从而使整个磁介质产生磁化效应。
感应磁化主要存在于顺磁体和抗磁体中。
顺磁体是指在外加磁场作用下，磁介质中的微观磁矩会沿外磁场方向排列，从而增强外磁场的磁感应强度。
相反，抗磁体是指在外加磁场作用下，磁介质中的微观磁矩会沿外磁场方向反向排列，从而减弱外磁场的磁感应强度。
磁化强度是描述磁介质磁化程度的物理量，它反映了磁介质对外磁场的响应能力。
磁化强度可以通过磁化矢量来表示，其大小与物质的磁化程度成正比。
磁化矢量的方向则与磁介质中的微观磁矩排列方向一致。
磁化强度与磁场强度之间存在着一种重要的关系，即磁化强度与磁场强度的比值等于磁介质的磁导率。
磁导率可以分为磁化导率和非磁化导率两种。
磁化导率是指磁介质发生磁化时的磁导率，而非磁化导率则是指磁介质未发生磁化时的磁导率。
一般情况下，磁化导率要远大于非磁化导率。
这是因为磁介质在磁化过程中，其微观磁矩的排列会引起磁感应强度的增大，从而增强了磁导率。
大学物理第15章磁介质的磁化
本章主要内容 • 磁介质的磁化 • 有介质时的安培 环路定理 • 三种磁介质
15.1 磁介质的磁化 磁化强度矢量
磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质。 磁化:磁介质在磁场中呈现磁性(在磁场的作用下产生附加 磁场)的现象称为磁化。
电学与磁学类比： 电介质极化： E E0 E
3.磁化强度:
M lim i V V 0
它带来附加磁场 B '的贡献。
pmi
单位体积内分子磁矩的矢量和。
Байду номын сангаас
V
B
pmi
注意：1）V 要宏观无限小， 微观无限大。 2） 顺磁质中，M与外场方 向一致，抗磁质中，M 与外场方向相反。 3）M的单位：
2 p Am m A/m 抗磁质 M 3 V m
b B c
l
a
d
例:在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中 的传导电流为I ，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平 均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为 r和，求 环内的磁场强度和磁感应强度。
解：在环内任取一点，过该点作 一和环同心、半径为 r 的圆形回 路。
r
矫顽力 H
B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应 当温度升高到一定程度时，高磁导率、磁滞、磁致 伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。 这温度称铁磁质的居里点。如：铁为 1040K，钴为 1390K， 镍为 630K.
铁磁性材料的特点： 1）B、H具有非线性关系， r . m 数值都很大。 2）有剩磁，去磁要有矫顽力Hc 3）具有使铁磁质性质消失的“居里点”。
一 磁化规律
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pm
B
pm
I
I
pm
pm
I
I
V Pm 0
磁场越强,温度越低,排列越整齐.
2. 抗磁质： (分子固有磁矩为0)
Pm 0
pm
il 0
在有外磁场时轨道角动量绕磁场旋进， 电子附加一个与磁感强度相反的磁矩， 分子中各电子因进动而产生的磁效应
B0
进动
v
L
动量矩
的总和,称分子的附加磁矩, 方向与外
2.磁化强度:
pmi
lim M
i
V 0 V
单位体积内分子磁矩的矢量和。
它带来附加磁场 B'的贡献。
V
pmi
B
注意：1）V 要宏观无限小， 微观无限大。
2） 顺磁质中，M与外场方 向一致，抗磁质中，M
与外场方向相反。
3）M的单位：
M
pm V
A m2 m3
A/m
4）物理含义--描述物质磁化的程度与状态。
积分关系
M dl Im
L
L内
M
b
磁化强度对闭合回路的线积分
a
等于通过回路所包围的面积内的
c
总磁化电流。
d
作闭合回路 abcda 求积分
M dl M dl M dl M dl M dl
L
ab
bc
cd
da
M
dl
ab
Mlab
jmlab
Im
磁化强度与磁化面电流的关系，虽然是从特例
pm
的轨道运动，对应有自旋
磁矩和轨道磁矩。
用等效的分子电流磁矩来
I
表示各个电子对外界磁效
应的总合。
每个分子等效一个圆电流
pm I
pm 分子固有磁矩
V
未加外磁场时，
P
m
0
pm
I
pIm
不显磁性
在外磁场中
M Pm B
分子电流的磁矩受到磁
力矩，使它向磁场方向
偏转，且按统计规律取
向—— 磁介质的磁化。
式中，B的大小和方向随磁介质性质而定。
顺磁质：B与
B0
同方向，B>B0，
r
B Bo
>1
抗磁质：
B
与 B0 反方向，B<B0
，
r
B Bo
<1
如氮、水、铜、银、金、铋等，超导体是理想的抗磁体
铁磁质：B与 B0 同方向，且B>>B0，
如铁、钴、镍等
r 1
2、顺磁质与抗磁质的微观机制
1). 顺磁质： 原子中电子有自旋及绕核
nI
0
(
r
1 )nI 0
c
jm ( r 1)nI0
B
I0
la
d
例2：如图载流无限长磁介质圆柱其相对磁导率为r1，
外面有半径为 R2的无限长同轴圆柱面，该面也通有
电流 I，圆柱与圆柱面间充满相对磁导率为 r2的介 质，圆柱面外为真空，且R1<r<R2， r2 >r1，求B
和 H的分布。
解 （1）当两个无限长的同轴圆柱体和 圆柱面中有电流通过时，它们所激发的 磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴 对称分布，因而不会改变场的这种对称 分布。设圆柱内一点到轴的垂直距离是 r，以r为半径在垂直于轴的平面内作一 圆，取此圆为积分回路，
I
L 0
L
定义磁场强度H
B
M 则有：
0 H dl I
L
磁介质中的安培环路定理
H的环流仅与传导电L流 I 有关,与磁化电流无关。
为研究介质中的磁场提供了方便。
实验证明：在各向同性磁介质有
M mH
磁化率 m
B 0H 0M (1 m )0H
m 0 m 0
顺磁质 抗磁质
相对磁导率 r 1 m 磁导率
jm
大小：单位长度磁介质表面流过的磁化面电流
方向：该处磁化面电流的方向。
取一长为
n
jm M
L
l
l
面积S为S的磁p介m 质。Im则S：
M
M
jmplSm
V
jmV
jm
一般言之：介质表面磁化面电流密度
n
jm
M
n
式nj中为m ：介MM质为表n磁面化外强法度线的
n
n
jm
单位矢量。 （微分关系）
显然，磁化越厉害，分子磁矩的矢量和越大。
对外磁场的影响也越大。（加强或减弱）
3 磁化强度与磁化电流间的关系
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，未被抵消的分子电流相互拼接，在磁化圆柱 的表面出现一层电流，称为磁化面电流。
R
Im
顺磁质
L jm Im
磁化面电流
L
面电流密度
（2）设在圆柱体外圆柱面内一点到轴的 垂直距离是r，则以r为半径作一圆，根据 安培环路定理有
B 0r H H
0r
说明： 1）仍H然是是一辅B助（物理B量H，名描称述张磁冠场李的戴基了本）物理量
32））在HH各的向单同B0 位性 是的MA介是/m质一（中普S：遍I制关）系M式
m
H
B 0r H H
在电流和磁介质分布有对称性时，通过
H dl L
I 先求H，再通过B=0 r H求 B.
L
例1：长直螺旋管内充满均匀磁介质 r，设励磁电流
I0 ，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
H dl I
L L
a
Hdl Hl nlI0 H nI0
b
B
0r H
0r nI0
I0
b B
M
B
0
H
r nI0
给出，但是普遍成立的。
15.2 有介质时的安培环路定理
根据磁场的叠加原理，介质中的合磁场的磁感应强
度 为：
B B0 B
B dl 0 I 0 Im
L
L
L
磁化电流
有磁介质的总场
M dl
L
I m
B dl 0 L
L
I 0 M dl
L
(
B
L
M ) ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl
磁场反向,决定了分子的抗磁性.
+
V
l
53 电子的拉莫进动.swf
l
B'
电子轨道磁矩 l
M
l
B
方向为
注意：
A）抗磁质固有磁矩为零，并不意味着电子不自旋， 电子不绕原子核运动。分子中所有电子的轨道磁矩和 自旋磁矩矢量和为零。
B）不管哪种介质，在无外场时，对外不显磁性.
C) 电与子pm进相动差产两生个的数附量加级磁。矩因此顺pm磁总质是中减的弱磁外场磁是场加. 强了pm。
r2
I
R1 R2
Ir
由 H dl I L
r1
L
由
H dl
I
L
L
r R1
在回路上，H与回路绕行方向一致，
且大小相等，所以有
H dl Hdl H dl
L
L
L
r2
I
R1 R2
I
r
r1
2rH 1
I
R12
r 2
I
H1 2R12 r
B1
0r H1
r10 I 2R12
r
15.1 磁介质的磁化 磁化强度矢量
实验发现：有、无磁介质的
螺旋管内磁感应强度的比值， 可表征磁介质在磁场中的性质。
B0
相对磁导率:
r
1.磁介质的分类：
B Bo
I
I
磁介质
顺磁质： r 1
如氧、铝、钨、铂、铬等。 I
B I
根据磁场的叠加原理，介质中的合磁场的磁感应强
度 为：
B B0 B