磁介质中的磁场 9

第16章磁介质中的磁场

16.1 磁介质

16.2 物质的磁化

16.3 磁介质中的安培环路定理

16.4 铁磁质

1

2

G G G B B B o =+′

§16.1 磁介质

类比电介质中的电场

传导电流产生

与介质有关的电流产生

介质的相对磁导率

μr B

B =

定义在介质均匀充满磁场的情况下

I

I

内部为真空

内部为磁介质

nI

B 00μ=B nI

r 0μμ=顺磁质

1

>r μ抗磁质

1

1

>>r μ

3

§16.2 物质的磁化

一、磁介质的磁化

1. 分子电流分子磁矩每个分子等效一个圆电流

()

l s m m m =+∑G G G ≠=00

顺磁质抗磁质

m ≠G 磁畴

m

G 轨道角动量对应的磁矩

自旋角动量对应的磁矩

铁磁质

4

在作用下整齐排列，在介质表面出现束缚（磁化）电流与方向相同

0B G

m G B ′

G I ′

B G 2.磁化的微观解释

有磁场

分子有固有磁矩

m

G 顺磁质

抗磁质

无磁场

分子无固有磁矩

B B B ′+=G

G G 00

B G >0

B G 0

B G

B G 0B G

m ΔG

()

m m Δ<

矩B ′G

I ′0B G 在介质表面出现

束缚（磁化）电流与方向相反

5

r

=m ×B

=r ×F

I

i

不管电子轨道运动的方向如何，外磁场对它的力矩的作用总是使它产生一个与外磁场相反的附加磁矩，因此，也就产生了一个与外磁场方向相反的附加磁场，从而使总磁场减弱了。

动画

动画

6

二、磁化强度矢量M

G

顺磁质分子固有磁矩的定向排列

抗磁质分子中电子的进动而产生附加磁矩

介质的磁化

在介质表面形成束缚电流

1、定义磁化强度矢量

lim

i

i

V m M V

Δ→=Δ∑G G

单位：A/m

i i

m ∑G

表示体积元中磁介质的所有分子磁矩（顺磁质）或者所有附加磁矩（抗磁质）的矢量和。

7

磁化电流束缚电流

均匀磁场B

螺线管截面

2、磁化电流

均匀磁介质：介质表面

非均匀磁介质：介质表面和内部都有

8

想象从磁介质表面处挖出一小的斜柱体

斜柱体总磁矩：I S m i

i ′

=∑d ΔK

θ

cos d Δd ΔΔl S I S V m M i

i

′=

=∑K 根据定义：n

e M G G G

×=′⇒αl

M l M I G

G d cos d d ⋅==′θθcos M =ϕ

sin M =l I d d ′=′α3、磁化强度和磁化电流的关系

9n

e M G G G

×=′⇒αl

M l M I G

G d cos d d ⋅==′θϕ

sin M =θ

cos M =l

I d d ′=′αMl l d M l d M b a

L

=⋅=⋅∫∫K K G G I l d M L

′=⋅∫

G

G 磁化强度的环流等于穿过该回

路所包围面积内的总磁化电流。

10

§16.3 的安培环路定理

在磁介质存在的区域，磁场由传导电流和介质磁化产生的束缚电流共同决定。

H G G G G

B B B o =+′

取回路L ，运用安培环路定理

I ′

I 0

L ∫⋅=′L l

d M I G G 与束缚电流无关

)'(00I I l d B L +=⋅∫μK

K 0

)(I l d M B L =⋅−∫K K

K

μ

11

M B

o

G G −μ1、定义

为磁场强度矢量H

G 的单位H G

m

A /为的环路定理

H

G

0I l d H L =∫⋅G K 2、各向同性的磁介质

H

M H B G G G G )1()(m 00χμμ+=+=m

r 1χμ+=H

H B G G G μμμ==⇒r 0 0 1 0 1m r m r <<>>χμχμ抗磁质

顺磁质H

M G

G m χ=实验公式m χ：介质的磁化率

μ：介质的磁导率

r μ：介质的相对磁导率

()G G M H

r =−μ1