清华大学大学物理经典课件——磁场中的磁介质.ppt

1,陈信义编,第9章 磁场中的磁介质,电磁学（第三册）,2,目 录,【演示实验】巴克豪森效应、磁滞回线、居里点,3,9.1 磁介质对磁场的影响,相对磁导率,4,介质的磁性,5,9.2 分子的磁矩,1、电子的轨道磁矩,2、电子自旋磁矩,S:自旋角动量,L:轨道角动量,6,3、磁矩的量子化,角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数 的整数或半奇数倍。,磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此， 磁矩也是量子化的。,7,5、分子的固有磁矩,所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和,“分子电流模型”,经典电磁学：用圆电流等效固有磁矩,4、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍,原子核的磁矩可以忽略。,8,1、顺磁介质,9.3 磁介质的磁化,分子具有固有磁矩,固有磁矩趋向外磁场方向,表面出现束缚(磁化)电流 加强磁场,一、磁化的机制,9,2、抗磁介质,但是，电子磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁场反向的感生磁矩。,分子固有磁矩(电子轨道、自旋磁矩的矢量和）为零。,出现反向的表面束缚电流减弱磁场,10,感生磁矩 和外磁场反向，减弱磁场。,感生磁矩的解释磁矩进动,11,但感生磁矩 固有磁矩,所以，顺磁介质的抗磁性被顺磁性掩盖。,顺磁介质也有抗磁性。,3、铁磁质,电子自旋磁矩自发平行排列，形成磁性很强的磁化区域“磁畴”，强磁场。,12,二、磁化强度矢量,描述介质磁化的程度,13,1、束缚电流面密度,总磁矩：,束缚电流面密度：,三、束缚电流的计算,14,表面外法线单位矢量,考虑束缚电流的方向：,束缚电流面密度：,15,与dl 铰链（套住）的束缚电流,2、束缚电流体密度,16,证明：,凡中心在斜柱体内的束缚电流都与dl 铰链,17,L包围的总束缚电流：,【例】均匀磁场均匀介质,束缚电流体密度：,均匀磁场中均匀介质无体束缚电流。,18,9.4 H 的环路定理,磁化电流：,极化电流:,19,由安培环路定理,移项得,?,20,定义磁场强度矢量：,21,H 的环路定理：,传导电流密度,稳恒情况：,“位移电流”密度,微分形式：,22,稳恒情况的H 环路定理：,微分形式：,23,24,有磁介质时计算磁场的分布：, H（对称性分析), M,教材 P 297298 例9.1, 9.2, B,25,用B的高斯定理证明,静磁场的界面条件：,1、在两介质的分界面上 B的法向分量连续，H的法向分量突变。,26,2、在两介质的（无传导电流）分界面上 H的切向分量连续，B的切向分量突变。,用H的环路定理证明：,27,B 线在界面上的“折射”：,28,静磁屏蔽：,部分磁屏蔽,29,30,静电场和静磁场的比较,31,9.5 铁磁介质,2、磁化规律B与H间的关系,铁磁质,32,（1）起始磁化曲线,33,在一个循环磁化过程中，单位体积磁滞损耗的能量与磁滞回线的面积成正比。,（2）磁滞回线,34,（3）铁磁体分类,软磁材料：磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。,矩磁材料：“记忆”元件。,硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永磁体。,【演示实验】磁滞回线,35,3、铁磁介质磁化机理,磁畴（Magnetic domain）：电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域，10-1210-8m3，含10171021个原子，磁化强度非常大。,磁滞的解释：掺杂、内应力、耗散。“畴壁位移”和“磁矩取向”过程不可逆。,磁致伸缩：畴壁位移和磁矩取向，改变晶格间距（体积）。,居里点：温度T TC 磁畴瓦解、铁磁质顺磁质。,【演示实验】居里点,【演示实验】巴克豪森效应,