(精选)ch16-有磁介质存在时的磁场

强磁性物质 （铁磁质）
（B与 B同0向，且远大于 B0
r>>1，大大增强原磁场
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二、磁介质的磁化 1. 微观解释（以氧原子为例）
• 电子绕核的轨道运动 pm= 9.2710-24J/T • 电子自旋 pm= 9.2710-24J/T • 原子核自旋 pm<<9.2710-24J/T
简单模型估算原子内电子轨道运动的磁矩：
=0）中通有电流I，在它外面有半径R2的无 限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为
的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的
电流I。
试求:1) 圆柱体外圆柱面内一点的磁场； 2) 圆柱体内一点的磁场； 3) 圆柱面外一点的磁场。
II I
解：分析对称性，在环内任取一点，
作同向圆，应用安培环路定理
Hdl L
流来代替，这个等效圆电流称为分子电流。其磁矩
用 p表m 示。
顺磁质： 逆磁质：
pm0 pm0
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3. 在外磁场中的磁介质 顺磁质：磁矩在外磁场作用下转向外磁场 方向排列，宏观上表现了沿外磁场方向产生 附加磁场 逆磁质：外磁场作用下电子受到洛仑兹力 作用，产生附加运动（以外磁场方向为轴线 的进动）产生与外磁场方向相反的附加磁矩
B
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逆磁质产生附加磁场的经典解释：
z
进动 O
pm
L L
pm
pm
pm
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4. 顺磁质和逆磁质的区别 顺磁质:分子磁矩>>附加磁矩,分子磁矩是产
生磁效应的主要原因.
逆磁质:分子磁矩为零,附加磁矩是抗磁质产 生磁效应的唯一原因.附加磁场与外 磁场相反.
思考题： 为什么顺磁质在无外磁场时不显磁性？
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三、磁化强度矢量
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2.
磁化电流与磁化强度关系
jMn
上式表明：面磁化电流密度等于磁化强度 沿介质表面的切向分量
引入辅助矢量－H磁场B强度M
0
注意: H, B不是原来的外场
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3. 磁场强度与磁感强度的关系
各向同性介质，实验证明
MmH
代入磁场强度的定义式，得
B 0(1m )H
令
r10
r
m
BH
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§12-2 磁介质中的安培环路定理
介质的磁化实质上是分子磁矩的取向以及 在外磁场作用下产生附加磁矩的作用。
引入反映介质磁化程度的物理量，磁化强
度矢量
均匀磁化： M
pm
V
非 均 匀 磁 化 ：M lim
pm
V0 V
单位：A·m1
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四、磁化电流 研究磁化强度、附加磁矩和
1.磁化电流
分子磁矩之间的关系。
模型：pm与M 同向（介质内部处处）
一、磁介质 实验研究：
B0
B
I
I
磁介质的磁化：磁介质处于磁场中所表现出 的一种状态；是磁场对磁场中物质的作用。
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磁介质：磁化了的物质也会产生附加磁场， 对原磁场产生影响。这种影响原磁场的物 质称为磁介质。
磁介质中 的磁场wenku.baidu.com
真空中 的磁场
介质中磁化 产生的附加 磁场
即：
BB 0B
BrB0 相对磁导率r
一、磁介质中的安培环路定理
考虑磁化电流对磁场的贡献，安培环路定理
写为
L B d l0 ( I I )
单位：1A.m-1=410-3Oe（奥斯特）
磁介质中的安培环路定理：
Hdl L
I0
(L内 )
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二、有磁介质时的磁场各量计算
• 用安培环路定理求 H
• 由 H 代入 B求H B
• •
由 由
M j M 求 求m H n
M j
区分三个概念： 磁感强度 磁化强度 磁场强度
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例题：在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺
磁质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长
度内匝数为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 H 和 。B
解：分析对称性，在环内任取一
B～H
r～H
H
r
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2. 磁滞回线及磁滞现象
磁滞回线各过程示意
外磁场撤去后,仍能保留部分
磁性存在，这种现象称为剩磁
B
现象。
铁磁质的初始磁化、消磁、
反向磁化过程构成一图所示的
H
闭合曲线，称为磁滞回线。
由 闭 合 曲 线 看 到 ， B 的 变 化 总是落后于H的变化。这种现 象称为磁滞现象.
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二、 铁磁质的起因
点，作同向圆，应用安培环
路定理
LHdl NI
r
HNI(2r)nI
BHnI
方向为圆环的切线方向。 18
环内无磁介质时 B0 0nI BB0 r
上式说明环内充满均匀磁介质后，环内的
磁感强度改变到环内是真空时的r倍。
上式可作为磁介质相对磁导率的定义，实
验中利用这个定义式测定r值。
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例题：一半径为R1的无限长圆柱体（导体，
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r随磁介质性质不同有很大的差异
磁介质种类
相对磁导率
顺磁质 铜（293K）
1+1.010-5
逆磁质 铝（293K）
11.010-5
铁磁质
纯铁 坡莫合金
5103（最大值） 1105（最大值）
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磁介质 分类
弱磁性物质
顺磁质（ B与 同B0向）
r>1，增 强原 磁场
逆磁质（ B与 反B0向）
r<1，削弱原磁场
微观上
宏观上 磁化电流 束缚电流
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类比：电介质的极化过程质
E
极化电荷 束缚电荷
微观上
宏观上
对于各向同性均匀介质，均匀磁化时，内部的分 子电流相互抵消，而在介质表面各分子电流相互 叠加。
分子电流因磁化而呈现出宏观电流，称为磁化电 流。这个电流不伴随任何带电粒子的宏观位移， 所以, 又称为束缚电流。
第16章 有磁介质存在时的磁场
主要内容
1. 磁介质磁化及其微观本质； 2. 磁场强度及磁介质中的安培环路定理； 3. 铁磁质的主要特性及其应用。
教学要求
1. 了解磁介质的磁化及其微观解释; 2. 理解磁介质中安培环路定理的意义; 3. 了解铁磁质的一些重要特性及应用.
作业：2－9
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§12-1 磁介质 磁化强度
I0
L内
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§12-3 铁磁质
一、铁磁质的特性 • 相对磁导率比较大，且随磁场强弱发生
变化； • 有明显的磁滞效应； • 铁磁质磁化存在一居里点。
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1. 起始磁化曲线
B
特点：
•非线性（H～B）
•r随H变化
实验测量：
O
通常把铁磁质试样做成环 状，外面绕上若干线圈
HnI
电流计测量I，磁通计测量B 得到试样的H～B曲线。
电子轨道运动周期 2r/v
电流 磁矩
I e
2r / v
evr pm IS 2
角动量
L mevr
r
v
Pm
6
轨道磁矩
pm
e 2me
L
上式对一个原子内所有电子的总轨道磁矩和总角动
量也成立。量子力学理论给出同样的结果，但角动量
和总磁矩是量子化的。
2. 等效分子磁矩
分子对外界产生的磁效应的总和用一个等效圆电