稳恒磁场6-5.ppt

1 稳恒磁场 9 7物质的磁性 一 磁介质及其分类 1 磁介质 在磁场作用下能被磁化而显示磁性 并反过来影响磁场的物质 电介质放入外场 磁介质放入外场 2 引入磁介质后的磁场 被磁化的磁介质产生的附加磁场 引入磁介质后的磁场 许多物质被磁化后所显示出的磁性有强有弱 对原磁场的影响差异也很大 如何描述磁介质磁性的强弱 2 稳恒磁场 4 磁介质的分类 顺磁质 抗磁质 如锌 铜等 如锰 铝等 弱磁性物质 顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1 介质的相对磁导率 反映磁介质磁性的强弱及对原场的影响程度 3 磁导率 真空中的磁导率 无量纲 介质的磁导率 注意对比静电场中 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 强磁性物质 3 稳恒磁场 二 磁化机理 物质磁性的来源 电子的轨道磁矩 1 分子结构 电子的自旋磁矩 将每个分子内所有电子的各类运动产生的磁效应等效为一个圆电流 分子电流 分子磁矩 分子内所有电子各种磁矩的矢量和 4 稳恒磁场 宏观不显磁性 2 顺磁质的磁性来源 无外场时 有外场时 分子电流磁矩在外场中受力矩 磁化电流 显顺磁性 注意 外磁场越强 分子磁矩排列越整齐 磁化电流越大 附加磁场就越强 但仍属于弱磁性物质 5 稳恒磁场 分子电流等效为两个圆电流运动 3 抗磁质的磁性来源 无外场时 有外场时 上 电子轨道半径不变 下 在外场作用下 分子产生相反方向的附加磁场 抗磁效应 显抗磁性 6 稳恒磁场 顺磁质的磁性主要来源于分子磁矩的转向 抗磁质的磁性来源于抗磁效应 讨论 磁场引起附加磁矩 产生反向附加磁场 削弱原场 顺磁质也有抗磁效应 但抗磁效应引起的附加磁矩比转向的分子磁矩小得多 通常前者可忽略不计 磁介质被磁化与电介质被极化的过程与机理非常相似 顺磁质 有极分子 抗磁质 无极分子 7 稳恒磁场 三 有磁介质的磁高斯定理 研究表明 任何磁场的磁感应线都是一系列无头无尾的闭合曲线 含磁介质的磁高斯定理 对于任意闭合曲面S 磁介质中 结论 不论是否存在磁介质 磁高斯定理普遍成立 8 稳恒磁场 四 有磁介质时的安培环路定理 介质中磁场由传导电流和束缚电流共同产生 传导电流 束缚电流 引入辅助量 磁场强度 单位 A m 真空中 无论真空还是介质中 与一一对应 均可用以描述磁场性质 都是空间位置的单值函数 9 稳恒磁场 介质中的安培环路定理 回路上的总磁场强度 由空间所有电流共同激发产生 L内 L外 I0 I L所包围的传导电流的代数和 仅由L所包围的传导电流决定 应用 自由电荷分布 高斯定理 求解磁介质中某些对称性的场分布 传导电流分布 环路定理 10 稳恒磁场 例 求 解 应用磁介质的安培环路定理 导线内电流均匀分布 一无限长载流直导线 其外包围一层磁介质 轴对称分布 取同轴圆环作回路 11 稳恒磁场 五 铁磁质 主要特征 在外场中 铁磁质可使原磁场大大增强 撤去外磁场后 铁磁质仍能保留部分磁性 1 磁化微观机理 铁磁质中自发磁化的小区域叫磁畴 磁畴中电子的自旋磁矩整齐排列 无 磁化方向与 有 整个铁磁质的总磁矩为零 同向的磁畴扩大 磁化方向转向 的方向 磁场大大增强 外场撤去 被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍 不能恢复磁化前的状态 磁滞 磁畴的磁化方向 12 稳恒磁场 2 宏观磁化现象 磁滞回线 剩磁 矫顽力 实验证明 各种铁磁质的磁化曲线都是 不可逆 的 具有磁滞现象 讨论 2 不同材料 矫顽力不同 真空 r 1 抗磁质 r 1 顺磁质 r 1 铁磁质 r 1 13 稳恒磁场 4 铁磁材料的应用 Hc较大 剩磁较强 不