磁性2-1(磁介质).ppt

一 磁介质的分类 真空中的磁感应强度 磁介质磁化而产生附加磁场 磁介质中的磁感应强度为 12 1磁介质中的磁场 定义 相对磁导率 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 抗磁质 r 1 即B B0 这是因与反向所致 如铜 氢 硫等 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 顺磁质和抗磁质 弱磁性物质 铁磁质 r 1 强磁性物质 r 1 10 5 1 定义 磁化率 顺磁质 m 0抗磁质 m 0铁磁质 m很大 补充 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 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 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 二 顺磁质和抗磁质的微观解释 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 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 抗磁质分子顺磁质分子的区别 1 抗磁质的微观解释 电子轨道磁矩 外加磁场 电子的轨道运动受到磁力矩的作用 电子轨道运动角动量 dt时间内 电子产生一个与进动相应的附加磁矩 与反向 一个分子的附加磁矩 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 2 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 呈现出一个与外磁场同方向的附加磁场 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 三 磁介质中的安培环路定律 磁介质表面出现磁化电流 顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方向一致 抗磁质则相反 以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为例 因无磁介质时有 令 磁介质的磁导率 令 磁场强度 磁介质中的安培环路定理 传导电流 单位为安培 米 A m 四 的关系 磁化强度 磁介质单位体积内分子磁矩的矢量和 即 顺磁质 附加磁矩可忽略 抗磁质 固有磁矩 证明束缚电流与磁化强度关系 设单位长度上的束缚电流为 沿Z方向磁化的介质体元 则 它产生的磁矩 介质侧面上的束缚电流强度 结论 介质中磁场由传导和束缚电流共同产生 束缚电流密度 一般可证明 实验表明 在各向同性磁介质中 例16 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 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 r R1 R1 r R2 r R2 磁场分布与电流满足右手螺旋定则 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 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 B线在界面上的 折射 静磁屏蔽 部分磁屏蔽 静电场和静磁场的比较 五 铁磁质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 起始磁化曲线 磁滞现象 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 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 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 去除外磁场 分裂成许多磁畴