物质的磁性

对永久磁铁的认识比其它磁现象的认识更早，但对 其起因却长期以来感到困惑不解；近代科学实践证明： 铁磁质的磁性主要来自电子的自旋。
铁磁质内部原子间的相互作用非常强烈,量子理论证 明，在这种作用下,铁磁质的内部形成了一些自发磁化
的小区域－磁畴：
磁畴在外磁场：
（１）凡磁矩与外磁场方
B0
向相同或相近的磁畴扩大
1. 两条定理的扩展:
和传导电流一样，分子电流也产生磁场。 磁介质中的高斯定理：
BdS0
S
没有发生改变！ 但是磁介质中的安培环路定理：
Bd0I
将得变成另外一种形式：
B d0( Ic Im)
在这里就要加入分子电流（也就是极化电流） 计划电流未知时，就不方便用这个公式。
B
2. 有介质时的安培环路定理
§11－1 磁介质的分类 磁导率
1. 介质的磁化
B0
介质
BB0B
磁化
结论: 把磁介质放入磁场中时
(1)介质将会被磁化; (2) 磁场也会受影响而改变
B0 B
介质
BB B
B
是因磁介质被磁化而建立的磁化附加场
B0 是该处的外磁场
2. 磁介质的分类
根据
B 和
B
的关系，介质可以被分成以下三类::
• H是一个辅助性的物理量；
• 与真空中的安培定理一样，如磁场具有对称
性，可用磁介质中的安培定理求磁场的分布：
先求
H ，再求
B
；
• I 是传导电流。
例如:
I1 I3
I2 d
Hdl ?I I
例: 如图螺绕环，设单位长上有 n
匝线圈，每匝电流为 I，取半径为r
r
积分回路。
由 Hdl I有
rHNI
外B 0磁加场强方。向
，
附
加
磁
场
表面磁电流:
3.抗磁（物）质 : Pm 0
因为
Pm 0
,所以外磁场不能影响到分子，但是原子中
的 电 子 受 到 洛 仑 兹 力 的 作 用 ， 所 以 电 子 的 轨 道 将 会B绕0
的方向作进动。
轴
B0
B0
B
B
地球的地心引力
量子理论可以证明，在外磁场作用下，原子或分子中各个电子
H NI nI
r
BHnI
这里:
n N
r
§11-4 铁磁质
1. 铁磁质的特征
(1) 铁磁质中的 B可能是别的材料里B 的上百倍或者
是上千倍 (r >>1，产生特强附加磁场B);
B0 B
matter
B B B B
(2) B 不是 H的线性函数，换句话说就是磁导率
不是一个常数(r与磁化的过程有关，B与H非线性);
软磁材料：矫顽力小，所须退磁电流小，适用于高频 材料，如用做变压器铁芯，电声材料等。
硬磁材料：矫顽力大，不易退磁，剩磁大，适用于做 永磁材料
矩磁铁氧体材料：反向磁场一超过矫顽力
磁化方向立即反转——只有两 种磁化状态，对应电流的开与 关两种状态，适用于做计算机 的存储器元件的环形磁芯。
４. Magnetic Domains 磁畴（铁磁质的磁化机制）
（5）金属中，一般情况，两电子配对，一个自旋 向上，一个自旋向下；然而，对铁、镍、钴等， 它有两个过剩的电子未配成对，铁的磁性几乎全 部是由于这些电子的磁矩顺序排列所造成的；
谢谢！
分子磁矩
分子或原子中任何一电子都同时参与两种运动，即 环绕原子核的运动和电子本身的自旋，
pm
分子磁偶极子
顺磁性物质： pm
抗磁性物质： Pm
2. 顺磁（物）质:
pm 0
Mg, Al, W, Pt, O2 ,等等。
pm
B0
B0
随机的热运动，没有 磁效应。
在外磁场中, 分子磁矩转
向 使
通常把铁磁质试样做成环
状，外面绕上若干线圈 I
HnI
电流计测量I，磁通计测
B
量B，得到试样的H～B曲
线。
O
m
B～H
H
(2) 磁滞回线及磁滞现象
•磁化过程;
B
B～H
H
H
O
H
来自百度文库磁滞回线
•
B
:不仅仅与
H有关，还与样本的磁化史有关；
• B-H 曲线中逐渐衰减的 H 与逐渐增加的Ｈ并不 重合，这种情况就称为滞后；
自己的体积；
（2）每个磁畴的磁矩方 向都不同程度地向外磁 场方向靠拢；
（3）磁畴壁的外移和磁 矩的转向是不可逆的；随 外磁场的增加，过程达饱 和；
（4） 存在居里点原因:温度升高至居里点时铁磁 质中的自发磁化区域磁畴受到剧烈的分子热运动 的破坏，磁畴被瓦解,铁磁质的特性消失,过渡到 顺磁质.不同的铁磁质居里温度亦不同.
剩磁
Br
Hc
矫顽力
• （剩磁） B r
H
磁滞回线 （矫顽力） H c
３. 磁性材料
不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图 示三种铁磁材料的磁滞回线。
B
B
B
H
H
H
a）软磁材料 b）硬磁材料 c）矩磁铁氧体材料
磁滞回线所包围的面积越大，磁滞（热）损耗越大，
因此必须根据不同的用途选用不同的磁性材料。
（试举例说明）
因进动而产生附加磁矩 ，用Pm 表示，无论是抗磁物质还是顺
磁物质，Pm 总是与 B0 反向。
电子的进动总是与 B0 成右旋关系，电子的进 动也相当于一园电 流，电子带负电，因此这电流的磁矩 P与m B0反向。
B0
B0
无论是顺还是抗磁质，
都有进动，只是顺磁
B
质的磁化以分子磁矩
B
的转向为主。
§11-3 磁介质中的安培环路定理
以长直螺线管为例：
I 0
P •
B0
B0 0nI
I 0
js
P •
B
BrB0 nI
js
由
B B 0 B 0 n I0jsnI
可得
js 00nI(r 1)nI
只与 和传导电流有关。
取如图所示的矩形环路，应用安 I0
培环路定理可得：
P •
B
B d l ( I Im ) I Im
由
js nI(r)nI
B H
(3) 磁滞现象，（B变化落后于外磁场H）;
(4)铁磁质的温度效应: 居里温度 (一定的铁磁材料存在 一特定的临界温度，称为居里点，当温度在居里点以 上时，它们的磁导率和磁场强度H无关，这时铁磁质 转化为顺磁质).
B
B-H 曲线:
O
B 0H
H
铁磁质; 顺磁质; 抗磁质;
2. 磁滞回线 (1) 起始磁化曲线
I m (r )I I I
得
BdlI
B dl
I
I 0
P •
B
引入一个新的量
H
B
称为磁场强度
有
Hdl I
I 0
P •
B
这就是磁场强度的安培环路定理 : H
以闭合回路为边界对 H 进行积分，等于穿 过任意以此回路为边界的曲面的传导电流之和。
注意：
BH
•一般性；
物质的磁性
第11章介质中的磁场
磁介质中的磁场
§ 11-1 磁介质的分类 磁导率 § 11-2 顺磁质和抗磁质磁化的分子理论 § 11-3 磁介质中的安培环路定理和磁场强度H § 11-4 铁磁质
教学要求
1. 了解磁介质的磁化及其微观解释； 2. 理解磁介质中安培环路定理的意义； 3. 了解铁磁质的一些重要特性及应用。
B0
P •
B
B0 0nI
B rB rn InI
这里 被定义为材料的磁导率. 对于那三种磁介质来说， 我们有：
0 00
0
真空 顺磁质 抗磁质 铁磁质
也可以这样来说
介质
1
r
1 1
1
真空 顺磁质 抗磁质 铁磁质
§ 11-2 顺磁质和抗磁质磁化的分子理论
1. 基本理论: 原子
分子
电子 带电自旋
介质
(1) 顺磁质:
B
的方向和
B 一致
即： B B0
(2)
抗磁质：
B
的方向和
即： B B0
B 0 相反
(3) 铁磁质:
B
的方向和
B0
一致
且： BB
3. 磁导率
以长直螺线管为例：
I0 I0
P •
B0
P •
B
B 和 B0 的比称为介质的相对磁导率；
用 r 来表示：
r
B B
I0 I0
P •