§2 弱磁质的磁化规律
一、磁化规律
1、实验表明:各向同性非铁磁质中每点与成线性关系,即磁化规律为,
其中为介质磁化率,反映介质内每点的磁特性,且
2、将代入定义式便可得和的直接关系:
其中。
此外,和的关系为:
,
[说明]
(1) 为一般式;而为成立时才成立,是有条件的。
(2) 应用解题时,作对称分析、取回路等可类似于用解题进行。
例题:螺绕环绕在磁导率为的闭合磁环上,比较、两种情况下的磁场B与自感L。
时 时
由环路定理得:
经比较得: (注:此非一般性结论)
在相同几何尺寸下
,
(V为体积)。
二、顺磁质和抗磁质
1、划分
顺磁质:,或,与同向,与同向,。在非均匀外场中,被吸引至强磁场区的物质,如:铝、钠等。多数弱磁质为顺磁质。
抗磁质:,或,与反向,与反向,。在非均匀外场 中,被斥离强磁场区的物质,如:铜、铋等。
2、弱磁质的微观机制
(1) 原子中电流 电子磁矩
磁场只对电流或运动电荷才有力作用,磁介质对磁场有所响应的事实表明磁介质内部存在运动电荷或电流:电子轨道运转及自旋(分析见下)。电子轨道运转如图7-5所示。
图7-5
原子中每个电子都有一定的磁矩和一定的角动量, 与成正比,方向相反。
在未考虑核磁矩下,每个磁分子的磁矩(这里的累和是指分子中
每个电子轨道磁矩与自旋磁矩之矢量和)。
(2) 顺磁质
分子具有固有磁矩,即组成顺磁质的分子中各电子磁矩不完全抵消,。
① 无外场时,即:宏观体元内,表明杂乱无序;
② 有外场时,即:每个受一力矩,力图转至外场方向,各在一定程度上沿外场排列,如图7-6所示,此便是顺磁效应的来源。在介质内这些的附加场与外场方向相同,故。
图7-6
(3) 抗磁质
组成抗磁质的物质分子中各电子磁矩相消,分子整体上无固有磁矩,即。
加了外场:每电子感生磁矩都与外场反向,从而整个分子内将产生与外场方向相反的感生磁矩,此便是抗磁效应的来源。即在介质内反向,所以。
[分析] 针对情况分析
(a) 时
如图7-7,先考虑无外场,即时,
则,即
图7-7
再考虑加上外磁场,即,则比上述多一项洛仑兹力:,有
……………………①
注意:此式中用,而不是!
,但与反向形成的电流也增大,即反向增大磁矩,又因为
所以,感生磁矩
……………………………………②
下面计算,所以
将此及一并代入①式,有
用无外场时满足的等式,相消
并且可略去左端第三项,有
求出
即
将上式代入②式,故
表明,附加磁矩与外场反向,对应的附加场也与反向。
(b) 时:加上外磁场,此时洛仑兹磁力向外,故向心力减小。若恒定r,则与外场反向的减小,即,仍有以上表式(推导从略)。
综上,一般地说,。