第一章物质磁性基本概念

比磁化强度σ:单位质量磁体内具有的磁矩矢量和。
1
Vd
μ m M /deAmmu2/gk(g-C1(SGIS))
1Am2kg-1 1emu/g
三、磁场强度 H 与磁感应强度 B 均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量）
1、H ：静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场
力的大H 小 ， 方m F 向,F 与 正k 磁荷m 在1 r3 该m 2 处所r ,受其 磁场k力 中 方4 向1 一0致。
磁单极子
1931年，英国物理学家P.A.M狄拉克利用数学公式预言了磁单极子存在于携 带磁场的管（狄拉克弦）的末端。
美国科学家用同步回旋加速器，多次用高能质子与轻原子核碰撞，但依旧无 磁单极子产生的迹象。
美国科学家转而致力于能量更大的天然宇宙射线（1、宇宙射线本身可能含 有磁单极子；2、宇宙射线粒子与高空大气原子、离子、分子等碰撞会产生 磁单极子），未果。
实际应用中，往往用电流产生磁场，常见的几种电流产生磁场的形式为：
(1) 无限长载流直导线：
H I 2r
方向是切于与导线垂直的且以 导线为轴的圆周。
规定H的单位在SI制中，用1A的电流通过直导线，在距离导线r = 1
2
米处，磁场强度即为1A /m。
(2) 直流环形线圈圆心：
H I 2r
r为环形圆圈半径，方向由右 手螺旋法则确定。
2
2
2r
2r
ml
cos
4
0r
2
1
jm cos 4 0r 2
l2 4r 2
1
4 0
c ojmsr23r
ml
4 0r 2
cos
H
jm 4
r 0r 3
1 4
1 4
0 0
1 r3
jm r3
jm
r
3
jm
r
r4
1 r3
jm
r
1 4
0
(3) 无限长直流螺线管：
HnI n：单位长度的线圈匝数，
方向沿螺线管的轴线方向。
H只是一个辅助量，通常用来计算电流的磁效应，涉及磁场 与其它物理量的相互作用时，一般需要使用磁感应强度B。
2、磁感应强度B
SI制中，令 B B 0 i ( H J M ) 0M 0 H 0 M
SI制与Gauss制间的转换 B：1G=10-4T H：103A ∙ m-1的H有4πOe的值， 103/4πA ∙ m-1=79.577A ∙ m-1=1 Oe
第一章 物质磁性概述
第一节 基本磁学量 第二节 磁化状态下磁体中的静磁能量 第三节 物质按磁性分类 第四节 磁性材料的磁化曲线和磁滞回线
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第一节 基本磁学量
一、磁矩 μm (Magnetic moment)
(仿照静电学)
永磁体总是同时出现偶数个磁极。
思考：磁体内、外部H和B的取向有无不同？
2009.09.03，科学杂志。德国亥姆霍兹联合会研究中心D.J.P.Morris等在自 旋冰Dy2Ti2O7晶体（烧录石晶格）中进行中子散射，对晶体施加一个磁场， 影响弦的对称和方向，从而降低弦网络的密度以促成单极子的分离。结果， 在0.6K到2K温度条件下，这些弦是可见的，并在其两端出现了磁单极子。
σ specific magnetization H magnetic field B magnetic flux density
计算磁偶极子产生的磁场强度：
r Hdr
F dr rm
r
k
m r2
dr
km m r 4 0 r
H
H1
· H
Hr
r
2
H
2
r
r1
-m l +m
如图有：
jm r3
3
jm r
5
r
r
H沿r 方向及使θ 角增加方向的分量计算：
在球坐标系中： e r re 1 r e rs1in
H
er
r
jm cos 4 0r2
e
1 r
jm cos 4 0r2
er
1
4 0
2jm cos
r3
e
1
4 0
jm sin
r3
HHr44110
2
0
jm cos
r3
jm sin
磁体无限小时，体系定义为磁偶极子
+m l -m
偶极矩：jmml
方向：-m指向+m 单位：Wb∙m
用环形电流描述磁偶极子：
磁矩：μm iA单位：A ∙m2 二者的物理意义：
表征磁偶极子磁性强弱与方向
jm0μm o 410－7Hm1
电子的轨道运动相当于一个恒定的电流回路，必 有一个磁矩（轨道磁矩），但自旋也会产生磁矩（自 旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩。
1982年，美国凯布雷拉采用超导量子干涉器件磁强计，进行了151天观察记 录，经周密分析，认为磁单极子穿过了超导线圈，但未能重复观察到。不足 以肯定其存在。
中国、瑞士、日本多国科学家联合小组报告发现了磁单极子存在的间接证据， 在一种铁磁晶体中观察到反常霍尔效应，且认为只有假设存在磁单极子才能 解释这种现象。
1
r1
r
2
l 2
2
lr
cos
2
1
r 1
l r
cos
2
r
l 2
cos
1
r2
r
2
l 2
2
lr
cos
2
r l cos 2
磁位势：
1
2
m
4 0r1
m
4 0r2
.
m
1
4 0 r l cos
r
1
l cos
m
1
4 0r 1 l cos
1
l
1
cos
则 B 0 H ： BLeabharlann Baidui 0 H J
单位：B：T或Wb∙m－2；
H：A/m；
M：A/m；
J： Wb∙m－2
自由真空中M=0，B与H平行，
B0H
磁体内部，B与H不一定平行，B 0H J
磁学量的单位制：
使用Gauss单位制时， B H 4 M
和 B 0H B i
此时，B的单位为G或Gs，H的单位为Oe，μ0=1G / Oe 4πM的单位为G，4πM为非有理化的磁化强度。
二、磁化强度 M (magnetization)
（描述宏观磁体磁性强弱程度）
单位体积的磁体内，所有磁偶极矩的 jm或
磁矩μm的矢量和 ，分别 为：
磁极化强度： J
jm(Wbm2)
V
μ
磁 化 强 度： M m(Am1)
jm 0 μ m V J 0 M
二者物理意义：描述磁体被磁化的方向与强度
r3
由于矢量H沿任何方向的分量等于磁位势 在该方向
上单位长度的减少率，故H沿r方向和沿 角增加方向的分
量分别是：
1
Hr 40
2
jm cos
r3
,
H
1
40
jm sin
r3
0o, H
Hr
1
40
2 jm cos
r3
：在从－m到＋m的位 移矢量延长线上
90o, H H
1
40
jm sin
r3
：在l的中垂面上