静磁场中的磁介质电磁学

• 即磁化介质内r处的磁化电流密度等于该处磁 化强度的旋量。
• 对均匀磁化介质，M为常量，故 M •dl 0 ，即
磁化电流只出现在非均匀磁化介质L 内部和介质
界面上。对均匀磁化的磁介质，其外表面上一 般也存在面磁化电流。
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• 均匀磁化介质表面上的磁化面电流分布 磁化面电流密度等于介质磁化强度与介质表面 法线方向单位矢量的矢积。
第六章 静磁场中的磁介质
§6.1 磁介质的磁化与磁化强度 §6.2 磁介质中静磁场的基本定理 §6.3 磁介质的磁化规律 §6.4 边值关系与唯一性定理 §6.5 磁路定理及其应用 §6.6 磁荷法
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磁性是物质的基本属性，就像物质ຫໍສະໝຸດ Baidu 有质量和电性一样。
换句更简单的话说就是： 一切物质都具有磁性。
• 单位：奥斯特1Oe=103/4 A/m • 则有介质存在时磁场的安培环路定理
H•dl I0
L
• 即磁场强度沿磁场中任一闭合回路L的环量，等于通过 L所围面积的传导电流的代数和，与磁化电流无关。
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• 有介质存在时磁场的安培环路定理的微分形式
H • d l ( H )• d S I0 j0• d S
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原子的总磁矩应是按照原子结 构和量子力学规律将原子中各个电 子的轨道磁矩和自旋磁矩相加起来 的合磁矩
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总的来说，组成宏观物质的原子有两类：
一类是原子中的电子数为偶数，即电子成对地存在于原子 中。这些成对电子的自旋磁矩和轨道磁矩方向相反而互相 抵消，使原子中的电子总磁矩为零，整个原子就好像没有 磁矩一样，习惯上称他们为非磁原子。 另一类是原子中的电子数为奇数，或者虽为偶数但其磁矩 由于一些特殊原因而没有完全抵消使原子中电子的总磁矩 （有时叫净磁矩，剩余磁矩）不为零，带有电子剩余磁矩 的原子称作磁性原子。
在导体中，因此又称为束缚电流。
• 与M关系： M•dl I'
L
即M在一闭合回路的环路积分等于该闭合回路 2020/5/6中穿过的磁化电流之和。
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图6.1 磁化强度与磁化电流的关系
• 对任何闭合曲线都成立，由斯托克斯公式，
M •dl( M )•dSj'•dS
L
S
S
• 可得 j' M
c. △V 的尺度远大于分子间平均距离而远小于M的非均 匀尺度，上述统计平均才有意义。
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§6.1.2 磁化电流与磁化电流磁场
• 磁化电流：磁化状态下，由于分子电流的有序 排列，磁介质中出现的宏观电流。
• 传导电流：伴随电荷的宏观位移的电流。 • 与传导电流相比： （1）在激发磁场和受磁场作用方面完全等效。 （2）磁化电流无宏观移动，无焦耳效应，不必处
巨磁阻效应：导电电子的自旋磁 矩如果顺着磁有序材料的电子 自旋方向前进，材料处于低电 阻状态；反之，如果垂直于自 旋方向，则呈高电阻状态。
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§6.1 磁介质的磁化与磁化强度
§6.1.1磁介质的磁化强度 §6.1.2磁化电流与磁化电流磁场
L
S
S
• 上式对磁场中任何闭合回路所围面积都成立， 故有
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H j0
§6.3 磁介质的磁化规律
• 不同的磁介质的磁化情况不同，即M与H(或B) 有一定的关系，这种关系可由实验来测定，称 之为磁介质的磁化规律。
• 磁介质M－H关系测量装置：将待测磁介质材 料制成细圆环，在环上均匀密绕上导线，构成 被介质充满的密绕螺绕环，通过对传导电流的 测量，分别计算出磁介质中的H和B，最后确 定磁介质的磁化强度M。
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物质磁性的研究和应用已经在 人类社会生活的各个方面都得到深 入而广泛的发展。
磁现象的研究和应用依然是21 世纪科学技术研究的重要领域。
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现代科学认为物质的磁性来源于组 成物质中原子的磁性
1 原子中外层电子的轨道磁矩 2 电子的自旋磁矩 3 原子核的核磁矩
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i' Mn
• 例：均匀磁化细长磁棒的磁化电流产生的磁场 分布。
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§6.2 磁介质中静磁场的基本定理
• 在有磁介质存在时的磁场是传导电流产生的外 磁场和磁化电流产生的附加磁场的矢量叠加
B=B0＋B ’ ， B0、B ’都由毕奥-萨伐尔定律确定
，磁介质的全部作用在于提供磁化电流作为附 加场源。因而它们均遵守真空中的磁场高斯定 理和安培环路定理。 • 因此总的磁场满足真空中静磁场的高斯定理和 安培环路定理。
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§6.2 有磁介质存在的静磁场的 基本性质
• 高斯定理： B•dS 0
S
• 安培环路定理：
B•dl0(I0I')
L
• 只要知道I0和I‘的分布，原则上就可以确 定磁介质内、外的静磁场。
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磁场强度H
• 为使安培环路定理简化，不出现磁化电流，引入物理 量－磁场强度H H B M 0
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§6.1.1磁介质的磁化强度
• 磁化：使物质具有磁性的物理过程。 物体处于外磁场中，其分子磁矩在外磁场力 矩作用下将出现一定程度的转向规则排列， 使物体对外显示出一定的磁性，同时物体上 出现宏观的磁化电流。
• 磁化物质出现的磁化电流同传导电流一样也 会产生磁场B’’，它和原传导电流磁场B0叠加 构成有物质存在时的空间磁场B=B0＋B’’，磁 化后的物质将影响和改变原磁场。
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以上关于物质磁性惟一来源于磁 矩的观点，统称为《磁矩学说》， 或称为《磁偶极矩学说》。它的一 个很明确的结论是不存在磁单极。
1931年狄拉克从理论上论证了磁 单极子存在的可能性。但至今还未 曾从实验上发现磁单极子。
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磁电子学的发展和应用
利用磁有序材料中，磁有序可 能对电子运动产生影响的效应 做成电子器件。
• 磁介质：一切能磁化的物质。
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磁化强度矢量M－磁化的物理描述
• 定义：单位体积内所有分子磁矩的矢量和。
• 单位：A/m • 性质：
mi
M i V
a. 非磁化状态下，分子固有磁矩为0，或由于分子磁矩 的取向无规则分布，统计平均为0。
b. M反映介质单位体积的宏观磁矩，其值越大，与外磁 场的相互作用越强，相应物质的磁性越强。