5稳恒磁场05.ppt

6 14磁介质及其磁化机制 6 14 1磁介质 相对磁导率 实验发现 有 无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值 可表征它们在磁场中的性质 磁介质的分类 1 顺磁质 如氧 铝 钨 铂 铬等 2 抗磁质 如氮 水 铜 银 金 铋等 3 铁磁质 如铁 钴 镍等 超导体是理想的抗磁体 6 14 2顺磁质和抗磁质磁化的微观机制 分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为决定磁介质的特性 1 原子中电子参与两种运动 自旋及绕核的轨道运动 对应有轨道磁矩和自旋磁矩 用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总合 称为分子电流 分子的固有磁矩 结论 无论 与B0同向 还是反向 总是与B0同向 导致 pm总与B0反向 在理论上可以证明当 与B0成任意角时 总是与B0的方向一致 从而导致 pm总是与B0方向相反 2 由于顺磁质和抗磁质电结构不同 导致它们产生磁效应的根源不同 磁介质的电结构 分子中 各电子的磁矩不完全抵消 整个分子具有磁矩Pm 分子中 各电子的磁矩完全抵消 整个分子不具有磁矩 即Pm 0 构成 顺磁质的分子为 类分子 抗磁质的分子为 类分子 两种磁介质磁效应的来源 顺磁质 每个分子都有固有磁矩 在无B0时 由于分子磁矩取向的无规则 所以 pm 0介质处于未磁化状态 在有外磁场时 每个pm将受到一力矩作用 其趋势使各个pm转到外磁场方向上去 在一定程度上沿B0排列起来 此种介质pm pm pm可以忽略 所以B B0 B B0 说明 1 M是矢量 单位A m 安培 米 3 M与介质特性 温度与统计规律有关 在均匀外磁场中 各向同性均匀的磁介质被磁化 未被抵消的分子电流沿着柱面流动 称为磁化面电流 m称为磁化率 6 14 3磁化强度 描述磁介质被磁化强弱的物理量 2 实验证明 6 14 4分子电流 设js为圆柱形磁介质表面上 每单位长度的分子面电流 称分子表面电流的线密度 S为磁介质的截面 l为所选取的一段磁介质的长度 说明 一般情况下 分子电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量 6 14 5磁化强度的环流 在均匀外磁场中 各向同性顺磁质均匀的被磁化 磁化强度沿任一回路的环流 等于穿过此回路的分子电流IS的代数和 有介质存在时的安培环路定理 6 15磁介质中的磁场磁场强度 表述 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和 说明 H的环流仅与传导电流I有关 与介质无关 当I相同时 尽管介质不同 H在同一点上也不相同 然而环流却相同 因此可以求场量H 就像求D那样 定义磁场强度则有 磁场强度 极化强度 磁感应强度之间的关系 实验证明 对于各向同性介质 磁导率 6 16铁磁质 磁化曲线 装置 环形螺绕环 铁磁质Fe Co Ni及稀钍族元素的化合物 能被强烈地磁化 实验测量B 如用感应电动势测量或用小线圈在缝口处测量 原理 励磁电流I 用安培定理得 磁滞回线 不可逆过程 例2长直螺旋管内充满均匀磁介质 设励磁电流 单位长度上的匝数为n 求 管内的磁感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度 例3长直单芯电缆的