【课件】第13章磁场中的磁介质

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第13章物质中的磁性

§13-1 磁介质的磁化

介质在磁场中被磁化,介质内的磁感应强度B 为真空中的磁感应强度B 0和附加磁感应强度B '之和.

电场中电介质极化时束缚电荷产生的附加电场的方向与原电场方向始终相反而使电介质中的电场强度始终小于原场强的特点不同.B B B '

+=01. 电介质在电场中极化的特点

2. 磁介质在磁场中的磁化

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依据附加磁感应强度B '的不同将磁介质分为三类:但磁介质在磁场中的极化与电介质在电场中极化不同

铁磁质B >>B 0

B '与B 0方向相同,且B '>>B 0

B '与B 0方向相同顺磁质B > B 0B '与B 0方向相反抗磁质B < B 0

-

r I

I

分子磁矩

5

6

3.分子的附加磁矩∆p m

外磁场中,电子旋进运动所产生的附加磁矩之和∆p m ,称分子的附加磁矩,其方向总是与B 0的方向相反.

2.外磁场中电子旋进的附加磁矩∆P m

有外磁场B 0时, 运动电子受洛伦兹力作用, 作旋进运动, 产生附加磁矩, 方向总是与B 0的方向相反.∆P m

L B 0

e

d L

μ

μ与B 0夹

角小于90︒

∆I m I m M

∆P m L

B 0

e

d L μ

μ与B 0夹

角大于90︒

∆I m

I m M L 进动的转向总是和B 0成右手螺旋关系

d L = M d t

M = μ⨯B 0

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三、顺磁质和抗磁质的磁化(1)顺磁质中, 每个分子都有一定的固有磁矩p m ≠0, 由于热运动, 任意宏观体积中分子磁矩之和∑p m = 0. 对外不显示磁性.

(2)抗磁质中, 每个分子中所有电子磁矩的矢量和等于零, 分子固有磁矩p m =0.对外不显示磁性.

无外磁场时的

顺磁质

(3)在磁场中,都会产生附加磁矩∆p m ,∆p m <

1. 顺磁质和抗磁质的特点

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(2)抗磁质磁化时,在外磁场B 0中只有电子旋进运动产生附加磁矩∆p m ,方向与外磁场相反,附加磁场B '与B 0方向相反,表现为抗磁性.

(1)顺磁质磁化时,分子磁矩p m 转向外磁场B 0方向,使合磁矩∑p m ≠0,出现宏观磁性,产生附加磁场B ',方向与外磁场相同.(顺磁质磁化时,在外磁场B 0中还有电子旋进运

动产生附加磁矩∆p m ,方向与外磁场相反,但∆p m <

I

∑p m

顺磁质的磁化

2. 顺磁质和抗磁质的磁化B 'B 0

顺磁质:∑∆p m 相对较小,可忽略抗磁质:∑p m =0,只有∑∆p 真空中:M =0表征磁介质磁化的程度

介质内各点的M 可不同, 如相同称为均匀磁化

(2) 磁化强度的意义

V p p V

P M mi mi i

mi ∆∆+=

∆=∑∑∑

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2. 磁化强度与磁化电流的关系介质的磁化程度也可用磁化电流I m 来描述

介质被磁场B 0均匀磁化,对顺磁质,磁化强度M 与B 0方向一致I m

M

I

磁化电流也称分子面电流、束缚(面)电流

介质内的分子电流相互抵消,外表面形成了环形等效电流I m ,与M 成右手螺旋关系.

I

I

B 0

M I

∙长直螺线管∙通电后产生均匀磁场B 0

∙充满均匀磁介质∙介质被均匀磁化

(1) 磁化电流与磁化强度M 之间必有联系!

∑⎰=∙内

L L I l H 0d 称为有介质时的安培环路定理磁场强度H 沿任意闭合路径过该路径所包围的传导电流的、磁导率

H B 0 μ+=⇒由定义式:B H =0

μ各向同性的磁介质中B

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(a)H 与M 成正比:H M m

χ=χm > 0 →顺磁质,

χm < 0

→抗磁质,χm 很大, 且不是恒量→铁磁质.

χm 为磁化率

为无量纲量

因此

顺磁质, H 、M 的方向相同

抗磁质, H 、M 的方向相反

由于:H

M H B m

)1(000χμμμ+=+=令:—相对磁导率

H H B r

μμμ==0μ—磁导率μr =1+χm

20(2) 求由磁化电流产生的磁感应强度B 'B B B

'+=0由于顺磁质B '与B 0同方向解法一:L

∆l B,H μr

利用磁介质中的磁场B 为真空中

的磁感应强度B

0和磁化电流产生

的磁感应强度B '的叠加B,H μr

B 0=μ0nI B '=B -B 0

=μ0μr nI -μ0nI

=μ0(μr -1)nI

B =B 0 +B '

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nI '为单位长度的磁化电流

解法二:因为是各向同性均匀顺磁介质, 磁化电流

的流动方向→与导体中的传导电流一致, 故磁化电流也相当于一个无限长直螺线管

B,H

μr

B '=μ0nI '=μ0(nI ') = μ0 j m = μ0M

=μ0χm H =μ0(μr -1)H =μ0(μr -1)nI