磁场中的磁介质资料
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第四节
1. 磁介质
磁场中的磁介质
一、磁介质及其磁化机制
（1）定义 在磁场作用下能发生变化并能反 过来影响磁场的媒质叫做磁介质。 （2）分类 在一个通电流 I 的长直螺线管 中有一个均匀磁场B0,将磁介质充满 该磁场（保持电流不变）。实验发 现:不同磁介质中的磁场不同，有的 比B0略小,有的比B0略大，有的比B0 大许多倍。
1. 有磁介质时的安培环路定理 磁介质中的高斯定理
' B B0 B s 磁感应强度 B 是外加 磁场 B0与介质内束缚电流 ' 产生的 B 的合场强.
B dS 0
S
B
B
磁力线无头无尾。穿过任何一个闭合曲面的磁通量为零。 磁介质中的安培环路定理 由于磁介质中有磁化面电流，因而安培环路定理为： ） B d l 0(I0内 I内
顺磁质 : B B0 B B0 抗磁质 : B B0 B B0
磁化电流
三、磁介质的磁化规律
1. 磁化强度与磁化电流
' B B0 B
（1）磁化强度
Σpm
M=
Σ pm +Σ Δ pm
ΔV
分子固有磁矩矢量和 分子附加磁矩矢量和
在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化 的现象称为磁化。
（1） 顺磁质的磁化 顺磁质分子的固有磁矩不为零，即：pm 0
无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩 取向各不相同,整个介质不显磁性。 分 子 磁 矩
有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩 M 的作用。
这一力矩使分子磁矩转向来自百度文库磁场的方向。
S为圆柱体横截面积
p j’ lS j’ Σ m M= = = ΔV lS
M =j’
j’
磁化面电流j’
M A B l
C
3. 磁化强度M与磁化电流I’
B
D
M .dl = A M .dl = M . AB
=M l = j’ l = I’
M .dl
=I ’
三、有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
LH dl I 0内 H 的环路定理
L
物理意义：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) SI
磁介质中的安培环路定理
电介质中的高斯定理
L
B dl 0 I 0内 0 I内 '
B
pm
L
pm M
L
M pm B0
进动附加的进动角动量 是与 B0 的方向一致的。与这一进 L
动相应的磁矩 pm ，称感应磁矩，它是 B0 与反向的。 反向磁矩对应的磁场使介质内 B B B B 0 0 部磁场减弱。 虽然顺磁质分子也会产生感应磁矩 ,但由于它远小于 固有磁矩（相差五个数量级）,所以顺磁质中主要是固有 磁矩起作用。
H B
L
( 0 E P) dS q0
dL M dt
B0
顺磁质磁化微观机制
抗磁质磁化微观机制
二、磁介质的磁化规律 1. 磁化电流 顺磁质在磁场中,它的分 子固有磁矩沿外磁场排列起 来,如图所示。 对均匀的顺磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消； 表面上的小分子电流没有抵消，它们方向相同，相当在表 面上有一层表面电流。 这种未被抵消的表面电流称为磁化电流（或束缚电流） 其大小反映了磁化的强弱。 顺磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场得到加强，抗 磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场被削弱。
B0
I
I
B
I
I
B r B0
r 该磁介质的相对磁导率 ……
磁介质的分类
铝
2 磁介质磁化的微观机制 分子磁矩 分子是一个复杂的带电系统。原子 Pm 中电子参与两种运动：自旋及绕核 i 的轨道运动，对应有轨道磁矩和自 旋磁矩。一个分子对应一个等效电 S 流i , 相应有一个 分子等效磁矩。 pm 是各个的电子轨道磁矩、电子 pm is 自旋磁矩、原子核磁矩的总和。 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。
L L
1 E dS
S
0
S
' ( q q ) 0 S
L
B dl 0 I 0内 0 M dl
L L
1 E dS
S
0
q
0
1
0
P dS
S
(
L
B
0
M ) dl I 0内
L
有磁介质的总场
传导电流
束缚电流
） B d l 0(I0内 I内
L
引入辅助量 磁场强度
B 定义磁场强度 H M 则有：
B M d l I 0内 L 0
0
B d l I 0内 M d l L 0 L
ΣΔ pm
对于顺磁质 Σ Δ pm < < Σ pm ,可忽略 Σ Δ pm
对于抗磁质 Σ pm = 0
（2）磁化电流 (磁化面电流) I’与磁化强度的关系
j’
. . . . . .
l
磁化面电流 j’
I
B0
顺磁质
传导电流 磁化电流密度 j '（或 is ，单位长度上的电流）
分子电流
M
p
m
I ' S j' S
B0
B0
B 0 p m
M pm B
顺磁质磁化结果， 使介质内部磁场增强。
M
B
（2） 抗磁质的磁化 抗磁质分子的固有磁矩为零，即分子中所有电子自 旋磁矩和轨道磁矩的矢量和为零。但是在外磁场中会产 生分子感应磁矩。
B B0 B B0
以分子中某个电子的轨道运动为例（分 子固有磁矩为零,分子中某个电子的轨道磁矩 不见得为零） ,电子的轨道运动角动量 L 与轨 p 道磁矩 ,该磁矩在外磁场中要受 m 如图所示 L 要发生 力矩 M , 所以 d L 的方向即 M 的方向， 进动（俯视为顺时针方向进动）。
1. 磁介质
磁场中的磁介质
一、磁介质及其磁化机制
（1）定义 在磁场作用下能发生变化并能反 过来影响磁场的媒质叫做磁介质。 （2）分类 在一个通电流 I 的长直螺线管 中有一个均匀磁场B0,将磁介质充满 该磁场（保持电流不变）。实验发 现:不同磁介质中的磁场不同，有的 比B0略小,有的比B0略大，有的比B0 大许多倍。
1. 有磁介质时的安培环路定理 磁介质中的高斯定理
' B B0 B s 磁感应强度 B 是外加 磁场 B0与介质内束缚电流 ' 产生的 B 的合场强.
B dS 0
S
B
B
磁力线无头无尾。穿过任何一个闭合曲面的磁通量为零。 磁介质中的安培环路定理 由于磁介质中有磁化面电流，因而安培环路定理为： ） B d l 0(I0内 I内
顺磁质 : B B0 B B0 抗磁质 : B B0 B B0
磁化电流
三、磁介质的磁化规律
1. 磁化强度与磁化电流
' B B0 B
（1）磁化强度
Σpm
M=
Σ pm +Σ Δ pm
ΔV
分子固有磁矩矢量和 分子附加磁矩矢量和
在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化 的现象称为磁化。
（1） 顺磁质的磁化 顺磁质分子的固有磁矩不为零，即：pm 0
无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩 取向各不相同,整个介质不显磁性。 分 子 磁 矩
有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩 M 的作用。
这一力矩使分子磁矩转向来自百度文库磁场的方向。
S为圆柱体横截面积
p j’ lS j’ Σ m M= = = ΔV lS
M =j’
j’
磁化面电流j’
M A B l
C
3. 磁化强度M与磁化电流I’
B
D
M .dl = A M .dl = M . AB
=M l = j’ l = I’
M .dl
=I ’
三、有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
LH dl I 0内 H 的环路定理
L
物理意义：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) SI
磁介质中的安培环路定理
电介质中的高斯定理
L
B dl 0 I 0内 0 I内 '
B
pm
L
pm M
L
M pm B0
进动附加的进动角动量 是与 B0 的方向一致的。与这一进 L
动相应的磁矩 pm ，称感应磁矩，它是 B0 与反向的。 反向磁矩对应的磁场使介质内 B B B B 0 0 部磁场减弱。 虽然顺磁质分子也会产生感应磁矩 ,但由于它远小于 固有磁矩（相差五个数量级）,所以顺磁质中主要是固有 磁矩起作用。
H B
L
( 0 E P) dS q0
dL M dt
B0
顺磁质磁化微观机制
抗磁质磁化微观机制
二、磁介质的磁化规律 1. 磁化电流 顺磁质在磁场中,它的分 子固有磁矩沿外磁场排列起 来,如图所示。 对均匀的顺磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消； 表面上的小分子电流没有抵消，它们方向相同，相当在表 面上有一层表面电流。 这种未被抵消的表面电流称为磁化电流（或束缚电流） 其大小反映了磁化的强弱。 顺磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场得到加强，抗 磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场被削弱。
B0
I
I
B
I
I
B r B0
r 该磁介质的相对磁导率 ……
磁介质的分类
铝
2 磁介质磁化的微观机制 分子磁矩 分子是一个复杂的带电系统。原子 Pm 中电子参与两种运动：自旋及绕核 i 的轨道运动，对应有轨道磁矩和自 旋磁矩。一个分子对应一个等效电 S 流i , 相应有一个 分子等效磁矩。 pm 是各个的电子轨道磁矩、电子 pm is 自旋磁矩、原子核磁矩的总和。 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。
L L
1 E dS
S
0
S
' ( q q ) 0 S
L
B dl 0 I 0内 0 M dl
L L
1 E dS
S
0
q
0
1
0
P dS
S
(
L
B
0
M ) dl I 0内
L
有磁介质的总场
传导电流
束缚电流
） B d l 0(I0内 I内
L
引入辅助量 磁场强度
B 定义磁场强度 H M 则有：
B M d l I 0内 L 0
0
B d l I 0内 M d l L 0 L
ΣΔ pm
对于顺磁质 Σ Δ pm < < Σ pm ,可忽略 Σ Δ pm
对于抗磁质 Σ pm = 0
（2）磁化电流 (磁化面电流) I’与磁化强度的关系
j’
. . . . . .
l
磁化面电流 j’
I
B0
顺磁质
传导电流 磁化电流密度 j '（或 is ，单位长度上的电流）
分子电流
M
p
m
I ' S j' S
B0
B0
B 0 p m
M pm B
顺磁质磁化结果， 使介质内部磁场增强。
M
B
（2） 抗磁质的磁化 抗磁质分子的固有磁矩为零，即分子中所有电子自 旋磁矩和轨道磁矩的矢量和为零。但是在外磁场中会产 生分子感应磁矩。
B B0 B B0
以分子中某个电子的轨道运动为例（分 子固有磁矩为零,分子中某个电子的轨道磁矩 不见得为零） ,电子的轨道运动角动量 L 与轨 p 道磁矩 ,该磁矩在外磁场中要受 m 如图所示 L 要发生 力矩 M , 所以 d L 的方向即 M 的方向， 进动（俯视为顺时针方向进动）。