大学普通物理

时的感生磁矩。感生磁矩的方向总是与磁场方向相反。
不论是抗磁质还是顺磁质，感生磁矩是普遍存在的。
抗磁质的磁化
抗磁质分子的固有磁矩等于零。
无外磁场时：宏观不显磁性。
有外磁场时：在外磁场作用下，产生感
生磁矩
(m) ||
B0
。
I
外磁场 B0
感生磁矩 m
附加磁场
B
分子感生磁矩在宏观上形成束缚电
流
I
，它产生附加磁场
B
I
I
有序排列的分子磁矩，在宏观上形成
束缚电流
I
，它产生附加磁场B (||
B0
)
，B
B0
B0 B
B || B0
B0
说明： 抗磁效应普遍存在。顺磁质中也有，只是顺磁质 的磁化效应大于抗磁效应，宏观就表现为顺磁性。
铁磁质的磁化机制类似于顺磁质。铁磁质中存在 一种天然磁化单元——磁畴（在一个微观较大的区 域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁场的作用 使磁畴的排列趋向于磁场方向，由于有序性很强， 宏观上表现强磁化。
B
(||
B0
)
。
B B0
B0 0
B0
B
I
B
|| B0
B0
B B0 B
顺磁质的磁化
顺磁质分子的固有磁矩不为零。
无外磁场时：分子固有磁矩无规则排列。 宏观上不显磁性。
B0 0
有外磁场时：分子固有磁矩在磁场作
用下向磁场方向偏转。
（无序有序）
m
m
B
外磁场 B0
固有磁矩 m
i
附加磁场
M
磁化场强度的环流等于与回路L 相套的束缚电流的电
流强度 I：
M dl I
L
§14-4 H的环路定理
Circuital Theorem for H
把安培环路定理应用到有磁介质的情况中，有
L (B0 B) dl 0 (I0
B dl
L
0
I0 0
I
M dl I
磁介质对磁场的影响
实验发现：有、无磁介质的
螺线管内磁感应强度 B 和 B0 不 相等，但它们的比值表征磁介质
I
本身的性质。
B0
I
相对磁导率:
r
B B0
磁介质的分类
I
B I
顺磁质
抗磁质
r r
常数 1 常数 1
r 1
弱磁介质
如氧、铝、钨、铂、铬等 如氮、水、铜、银、金、铋等
铁磁质 r r (B0 ) 1 强磁介质 如铁、钴、镍等
L
电子绕原子核作圆周运动，等效
于有圆电流 I，有磁矩：
m ISn
e r 2n evr n
2r v
2
轨道角动量 L 轨道磁矩 m
mev e
r
L
2me
总之，原子中每一个电子
的运动（包括自旋）都产生一
个磁矩，它的方向总是与电子
(mn) I r
S
e
ms
自旋角动量
S
自旋磁矩 ms
e me
S
的角动量反向。
L
m
§14-3 磁介质的磁化
Magnetization of Magnetic Media
1. 磁化的微观机制
感生磁矩
在外磁场作用下，电子的轨道运 动和自旋运动都会发生变化，变化的
结果是这个电子在磁场 B的反方向产 生一个附加磁矩m。（是物质本身抵
抗被磁化的一种属性）
m
m
L
m
L
B
B
m
每个电子的附加磁矩的总和，就构成了分子在被磁化
磁化电流与附加磁场
磁化在宏观上表现为：磁介质 表面产生一种束缚在介质内部的等
效电流——磁化（面）电流，或 束缚（面）电流。
I I
B0 B
（外磁场） （附加磁场）
总磁场： B B0 B
I
I
I
B0
I
B I
B
§14-2 原子的磁矩
Atomic Magnetic Moment
原子中电子的磁矩
磁场和磁介质的相互作用相似于电场和电介质的相互
作用，研究方法也是类似的。
电介质：极化 磁介质：磁化
束缚电荷q 束缚电流 I
极磁化化强强度度MP
电磁位场移强度DH
§14-1 磁介质对磁场的影响
Influence of a Magnetic Medium exerting on Magnetic Field
第十四章 磁场中的磁介质
Medium in Magnetic Field
本章主要内容
§14-1 磁介质对磁场的影响 §14-2 原子的磁矩 §14-3 磁介质的磁化
§14-4 H的环路定理
§14-5 铁磁质
第十四章 磁场中的磁介质
磁介质是所有实物物质的统称。
物质由带电粒子（分子、原子）组成，原子中存在运 动电荷，它们会受到磁场的作用。因此，磁场和磁介质会 产生相互作用。
分子固有磁矩
由原子组成的分子，其中所有的电子磁矩的矢量和构成
了分子的固有磁矩。（电子和核的自旋磁矩可忽略）
正常情况下，固有磁矩为零的分子组成的物质就是抗磁 质。固有磁矩不为零的分子组成的物质就是顺磁质。铁磁质 是顺磁质的一种特例。
固有磁矩在外磁场中，会受到磁场的力矩作用：
M
m
B
mm
B
mL
B
B
L 于是有
L
B
0
M
L 0
dl
引入磁场强度
H
B
M
I )
I0 B0 B
束缚电流 自由电流
M I B
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dl
I0
M dl
L
I0
定理：沿任一闭
合路径磁场强度的环
路积分等于与该闭合
0
路径相套的自由电流
得 的环路定理
H dl
I0 的代数和。
L
对均匀、各向同性的磁介质：
磁化强度
在磁介质中任取一宏观小、微观大的体积V，设 mi
表示 V内所有分子磁矩（感生、固有）的矢量和， V内
则磁化强度定义为：
mi
M V内
V
实验证明：
均匀、各向同性的弱磁介质被磁化时，有
M
B，或
M
r
1
B
0r
理论上可以证明：
束缚面电流密度与磁化强度的关系为：
j
M
n
Mn j M j
环形螺线管内部的磁场强度、磁感应强度、介质的磁化强度和磁化面
电流密度。已知传到电流为 I ，单位长度绕有线圈 n 匝。
解：因介质充满环体，磁场（B和H）的
r
RB
分布同无磁介质时相同。
L
取与环同心的回路 L，利用H的环路定理，有
解得
H dl 2RH 2RnI
L
H nI,
I
B
0r H
0 r nI
（
B方向如图所示，H 的方向与
B
相同）
M (r 1)H (r 1)nI
如果磁介质为顺磁质，r 1 ，M 0 如果磁介质为抗磁质，r 1 ，M 0
M
r
1 B
H
B
M
B
r
1
B
B
0r
0
0 0r
0r
磁导率： 0r
H
B
B;
0r
M (r 1)H
í 磁场强度 H是 一个辅助量，它本身无物理意义。与 D类似
í 利而用求出H的B环的路分定布理（可均以匀在、有各对向称同性性的介情质况B下，求0出r H）H；。进
[例1] 计算均匀密绕、充满磁导率为 r的均匀各向同性磁介质的