磁介质

第十三章磁介质

重点：

(1)顺磁质、抗磁质，磁介质的磁化、磁化电流、磁化强度；

(2)有磁介质时的安培环路定理，磁场强度；

(3)铁磁质的基本特点、磁滞回线

§13—1 磁介质 磁化强度 一、磁介质

1．磁介质会被外磁场磁化，并对原磁场产生影响 磁介质：能与磁场产生相互作用的物质

磁化：磁介质在磁场作用下出现磁性或磁性变化 例：右图中，0B B r μ=

r μ为相对磁导率，描述不同磁介质被磁化后对原磁场的影响

设没有磁介质时某点磁感强度为0B

，放入磁介质后，产生的附加磁感强度为B '

，则有磁介质时的磁感强度为：B B B '+= 0 2．磁介质的种类

顺磁质：B '

与0B 同向，使磁场增强

抗磁质：B ' 与0B 反向，使磁场减弱

铁磁质：B '

与0B 同向，但比0B 大很多 强磁性物质 二、磁介质的磁化 磁化电流

分子电流观点 磁荷观点

1．分子电流、分子磁矩

电子绕原子核的旋转运动相当于一个电流环，有一定的轨道磁矩；与电子自旋运动相联系的还有一定的自旋磁矩。并且，由于电子带负电，其轨道磁矩与角速度的方向总是相反的。

电子轨道磁矩ωπ

2

22er e r T e e IS m n n -

==='

弱磁性物质

整个分子的磁矩m

是其中各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和（忽略原子核磁矩）。

若分子中各电子磁矩不完全抵消，则分子具有一定的固有磁矩（分子磁矩），等效于圆电流（分子电流）；若分子中各电子的磁矩互相抵消，则整个分子不具有固有磁矩。 2．顺磁质

在顺磁性物质中，分子具有固有磁矩。

无外磁场时，由于热运动，各分子磁矩的取向无规则，总的磁矩为零，整个介质不显磁性。

加上外磁场后，在磁力矩的作用下，每个分子磁矩都转向外磁场方向，从而

产生附加磁场B ' ，且B '

与0B 同向，使磁场增强。

外磁场越强，顺磁效应越强；温度越高，顺磁效应越弱。

3．抗磁质

在抗磁性物质中，分子固有磁矩为零。 无外磁场时，整个介质不显磁性。

但在外磁场作用下，每个分子都产生与外磁场方向相反的感生磁矩m

∆，从

而产生反向的附加磁场B '

，使磁场减弱。

原因：在外磁场作用下，电子受到洛仑兹力的作用，其角速度会发生变化。并且，

ω

∆的方向总与外磁场0B 相同。角速度的改变会引起电子磁矩的改变，又由于电

s

I 0

B

子带负电、磁矩的方向与角速度

相反，所以感生的附加磁矩m '

∆

总与0B

相反。从而整个分子内将产生与外磁场方向相反的感

生磁矩m

∆。

上述抗磁效应在顺磁质中同样存在，只不过顺磁效应比抗磁效应强得多，抗磁性可忽略不计。 4．磁化电流（束缚电流）

磁介质被磁化后，分子磁矩沿着外磁场方向（或其反方向）排列起来，相应地，分子环流的回绕方向也是一致的。

在介质内部，任何两个分子环流相邻的部分总是电流方向相反的，相互抵消；而在介质表面上，分子环流未被抵消的部分从总体上看，等效于一个大环形电流，即磁化电流。

磁化电流与传导电流都可以产生磁场，但磁化电流不是由电荷的定向运动形成的。 三、磁化强度

1．磁化强度：为了描述磁介质的磁化状态（磁化的方向与程度），定义磁化强度矢量为单位体积内分子磁矩的矢量和。

V

m M ∆=

∑

单位：1-⋅m A

意义：M

越大，表示分子磁矩定向排列程度越高 设磁化均匀且磁化程度较高，则a nI M =

例：顺磁质、抗磁质（图略） 2．磁化电流与磁化强度之间的关系

在磁介质中取回路l ，考虑穿过回路l 的分子环流a I

，在l 上任取一线元l d ，以a 为底面、l d 为轴作一柱体，则其体积为θcos adl （θ为a

与l d 夹角）

设分子数密度为n ，则柱体内分子环流数为θcos nadl ，且都穿过回路l ，即穿过回路的电流为θcos nIadl

l d M l d a nI nIadl

⋅=⋅=θcos 对回路积分，可得：

s l l

I I l d M ='=⋅∑⎰内

即：磁化强度对闭合回路l 的线积分，等于穿过以l 为边界的任意曲面的磁化电流的代数和。 *简单讲法

2.磁化电流与磁化强度之间的关系

设沿轴线单位长度上的磁化电流（磁化电流面密度）为s j ，磁化电流为s I ，则

有：Sl j S I m s s =⋅=∑

s s j Sl

Sl

j V

m M ==

∆=

∑ 取积分回路abcd 如图：

∑⎰=⋅=⋅=⋅s s l

I ab j ab M l d M

§13—2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度

真空中 0=⋅⎰S

S d B

∑⎰=⋅内

l l

I l d B 0μ

有磁介质时，由于存在磁化电流，因此安培环路定理需要修正。 存在磁介质时，磁场的变化规律是： 实际计算：引入一个包含磁化电流效

应的辅助量H ，直接求H ，再求B

。

有磁介质时 )(0∑∑⎰'+=⋅内

内

l l l

I I l d B μ

∑⎰=⋅-内

l l

I l d M B

)(

μ

令M B

H

-=

μ，则有：∑⎰=⋅内

l l

I l d H

即：在稳恒磁场中，磁场强度沿任一闭合回路的线积分等于穿过回路的各传导电流的代数和，而与磁化电流无关。

（但H

由传导电流、磁化电流共同产生）

1．H

为磁场强度

单位：1-⋅m A

2．实验上有H M

κ=

κ为磁化率，由磁介质的性质决定

H H H M H B r μμμκμμ==+=+=000)1()( H 与B

同向，且成线性关系 κμ+=1r 为相对磁导率

B B B '

+= 0M s

I