第十六章 有磁介质存在时的磁场一,磁介质的分类
BBB 0
,真空中的磁感应强度
0B
,磁介质磁化而产生附加磁场'B?
磁介质中的磁感应强度为
§ 16-1 磁介质对磁场的影响
定义
0B
B
r
----相对磁导率第十六章 有磁介质存在时的磁场
根据?r的不同,磁介质分为三类：
顺磁质,?r>1,即 B>B0，这是因 与同向所致，如锰、铝、氧等
B
0B
抗磁质,?r<1,即 B<B0，这是因 与反向所致，如铜、氢、硫等
B
0B
铁磁质,?r>>1,即 B>>B0，这是因为不但与 同向，且比 B0大得多，如钴
、铁、镍等
B
0B
第十六章 有磁介质存在时的磁场
顺磁质和抗磁质,?r值约为 1?10-5?1
----弱磁性物质
铁磁质,?r>>1 ----强磁性物质
定义 1
rm
----磁化率
顺磁质,?m >0
抗磁质,?m <0
铁磁质,?m很大第十六章 有磁介质存在时的磁场
§ 16-2 原子的磁矩
一、原子磁矩的经典模型：
原子内,核外电子绕核运动,同时还有自旋核也有自旋运动,形成磁矩
eISm
I表示电流,S表示园面积第十六章 有磁介质存在时的磁场设电子的质量为 me,运动半径为 r，
运动速率为 v
)2(
r2
ev
v/r2
e
I
)3(
2
e v r
r
r2
ev
ISm 2
( 4 )vrmL e?
原子运动的磁矩
原子的角动量
原子磁矩为
)5(L
2m
e
m
e
第十六章 有磁介质存在时的磁场二、原子磁矩的量子模型：
2、量子力学总轨道角动量
sJ1005.1
,...2,1,0mmL
34
)5(L
2m
e
m
e
1,原子磁矩同样为第十六章 有磁介质存在时的磁场例：求氧原子的总轨道角动量
L=1的轨道的总磁矩
)5(L
2m
e
m
e
根据轨道总磁矩公式
sJ1005.1
1mmL
34
第十六章 有磁介质存在时的磁场
电子自旋的角动量
)6(T/J109,2 7
2m
e
m 24-
e
2/SS
m
e
m
e
B
ee
B 2m
e
S
m
e
m
T/J1027.9 24
第十六章 有磁介质存在时的磁场二,顺磁质和抗磁质：
1分子固有磁矩,分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和 m
p?
无外磁场作用时，抗磁质分子的固有磁矩为零，顺磁质分子的固有磁矩不为零
2、抗磁质分子顺磁质分子的区别：
第十六章 有磁介质存在时的磁场
3.抗磁质的微观解释
,电子的轨道运动磁矩
em
,电子轨道运动角动量
)( vmrL
外加磁场,电子的轨道运动受到磁力矩的作用
0BmM e
dt 时间内,dtMLL?
M?
em
em
L?
em
L
0B
em
0B?
M?
第十六章 有磁介质存在时的磁场
电子产生一个与进动相应的附加磁矩
em
一个分子的附加磁矩
em mp
----与 反向
0B
任一体积元中,大量分子的附加磁矩矢量和与外磁场反向,产生与外磁场方向相反的 附加磁场
----抗磁性产生的机理
附加磁矩 是产生抗磁性的唯一原因第十六章 有磁介质存在时的磁场
4.顺磁质的微观解释
加外磁场后，固有磁矩 在磁力矩作用下转向外磁场方向排列。外磁场越强，这样的排列越整齐
mp
呈现出一个与外磁场同方向的 附加磁场 B ----顺磁性产生的机理
分子固有磁矩转向 是产生顺磁性的主要原因 (分子附加磁矩可忽略不计 )
第十六章 有磁介质存在时的磁场
§ 16-3 磁介质的磁化
加外磁场后，固有磁矩 在磁力矩作用下转向外磁场方向排列。外磁场越强，这样的排列越整齐
在磁介质的表面形成束缚电流，称为磁化电流
顺磁化质的磁化电流形成的磁场与外磁场的方向相同。
一,顺磁质的磁化第十六章 有磁介质存在时的磁场
任一体积元中,大量分子的附加磁矩矢量和与外磁场反向,产生与外磁场方向相反的 附加磁场二,抗磁质的磁化
加外磁场后，产生大量的附加磁矩
附加磁场键弱了介质的原外加磁场第十六章 有磁介质存在时的磁场三、顺磁质和抗磁质的磁化图示
N SS NB
顺磁质
B,B，
抗磁质
B
第十六章 有磁介质存在时的磁场三,磁介质中的安培环路定律
N S
磁介质表面出现 磁化电流
L sIIldB )(0?
顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方向一致，抗磁质则相反第十六章 有磁介质存在时的磁场
§ 16-4H矢量及其环路定理
一、磁介质中的安培环路定理
N S
)1(BB 0r充满介质磁场
真空中磁场环路定理第十六章 有磁介质存在时的磁场
)3(Ird
B
0r
)2(IrdB 00
（ 1)(2） 可得：
2,定义：
/Br0 BH
----磁场强度令
r 0?
----磁介质的磁导率第十六章 有磁介质存在时的磁场
L IldH
----磁介质中的安培环路定理传导电流单位为安培 /米 (A/m)H?
结论：在有介质的磁场中,
任意闭合回路磁场强度的线积分等于闭合回路包围的自由电流的代数和 。
第十六章 有磁介质存在时的磁场
[例 1]半径为 R1的无限长圆柱导体 (0),外有一半径为 R2的无限长同轴圆柱面
,两者间充满相对磁导率为
r的均匀磁介质 。 设电流 I
从圆柱体中均匀流过并沿外圆柱面流回 。 求磁场的分布
r?
1R
I
I
第十六章 有磁介质存在时的磁场解,作半径为 r的圆周为积分回路 L
L回路中所包围的电流
2
2
1
r
R
I
I?
r
I
I
1R
2R
r<R1：
L ldH
rH?2? I
R
r
2
1
2
'I?
L r
I
R
r
H
2
12?
I
R
r
B
2
1
0
2?
第十六章 有磁介质存在时的磁场
R1< r <R2：
L rHldH?2
I?
r
I
H
2
r
I
B r
2
0? r
I
I
1R
2R
L r
r>R2：
L rHldH?2
0?
0 H
II
0?B
磁场分布与电流满足右手螺旋定则
L
第十六章 有磁介质存在时的磁场
1.铁磁质的基本性质
相对磁导率?r >>1：一般可达 102~104
，最高可达 106
随 H而变化，即
B与 H之间是非线性关系
B
H
0
a
b
c s
起始磁化曲线
SB
§ 16-5 铁磁质第十六章 有磁介质存在时的磁场
磁滞现象 B
H0
cH
rB
s
Br,剩余磁感应强度
Hc:矫顽力 磁滞回线
铁磁质有一临界温度 Tc---居里点
工作温度高于 Tc时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化为顺磁质第十六章 有磁介质存在时的磁场
2.铁磁质的微观解释
磁畴,相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区
无外磁场,各磁畴磁化方向杂乱无章
----对外不显磁性第十六章 有磁介质存在时的磁场
外加磁场
磁场较弱,自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大
，反之则逐渐缩小 (畴壁运动 )
磁场较强,缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向。外场越强，转向越充分。所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态
----磁性很强第十六章 有磁介质存在时的磁场
去除外磁场,分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态
----表现出磁滞现象
T升高,分子热运动加剧 。 T>Tc时,磁畴全部被破坏,铁磁质转为顺磁质
----存在居里点
