渭南师院物理系

1、12主讲：物理系教授主讲：物理系教授 孟振庭孟振庭 3 由现代物质结构理论可知：物质内部原子、分子由现代物质结构理论可知：物质内部原子、分子中的每个电子参与两种运动，一是轨道运动，即电子中的每个电子参与两种运动，一是轨道运动，即电子绕原子核的旋转运动，其运动会形成一个电流，进而绕原子核的旋转运动，其运动会形成一个电流，进而会产生一个磁矩，称为轨道磁矩；二是电子的自旋运会产生一个磁矩，称为轨道磁矩；二是电子的自旋运动，相应地也会产生一个磁矩，称为自旋磁矩。一个动，相应地也会产生一个磁矩，称为自旋磁矩。一个分子中所有电子的各种磁矩之总和构成这个分子的固分子中所有电子的各种磁矩之总和构成这个分子的固

2、有磁矩有磁矩PmPm，称为分子磁矩，这个分子固有磁矩可以看，称为分子磁矩，这个分子固有磁矩可以看成是由一个等效的圆形分子电流成是由一个等效的圆形分子电流i i产生的。就像电介质产生的。就像电介质分为有极性分子和无极性分子一样，一般磁介质也可分为有极性分子和无极性分子一样，一般磁介质也可分为两大类：一类是分子中各电子的磁矩不完全抵消分为两大类：一类是分子中各电子的磁矩不完全抵消而整个分子具有一定的固有磁矩，称为顺磁性物质，而整个分子具有一定的固有磁矩，称为顺磁性物质，如氧、铝等；一类是分子中各电子的磁矩，完全相互如氧、铝等；一类是分子中各电子的磁矩，完全相互一磁介质的电结构一磁介质的电结构41.

3、 1. 磁介质磁介质磁磁 化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。BBB0总磁总磁感强感强度度附加磁附加磁感强度感强度外加外加磁感磁感强度强度 磁化后介质磁化后介质内部的磁场与附内部的磁场与附加磁场和外磁场加磁场和外磁场的关系：的关系：抵消而整个分子不具有固有磁矩，称为抗磁性物质，抵消而整个分子不具有固有磁矩，称为抗磁性物质，如氢、铜等，但这两类物质都是弱磁性物质。另外还如氢、铜等，但这两类物质都是弱磁性物质。另外还有一类强磁性介质，称作铁磁质，铁、钴、锦及其合有一类强磁

4、性介质，称作铁磁质，铁、钴、锦及其合金就属于这一类。金就属于这一类。5BBB0抗磁质抗磁质( (铜、铋、硫、氢、银等铜、铋、硫、氢、银等) )0BB 铁磁质铁磁质( (铁、钴、镍等铁、钴、镍等) )0BB顺磁质顺磁质( (锰、铬、铂、氧、氮等锰、铬、铂、氧、氮等) )0BB0BBr定义定义在介质均匀充满在介质均匀充满磁场的情况下磁场的情况下相对磁导率r顺磁质1抗磁质1铁磁质1磁介质的分类磁介质的分类62. 2. 分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩 分子电流：分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可或原子中各个电子对外界

5、所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。 分子磁矩：分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号矩，用符号 表示。表示。mp 电子的进动：电子的进动：在外磁场在外磁场 的作用下，分子或原的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电

6、子磁矩以外磁场电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。方向为轴线的转动，称为电子的进动。0B7mp0BmpeL进动mp0Bmpe进动L进动 附加磁矩：附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号磁矩，用符号 表示。表示。mp 可以证明：可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场间的夹角是何值，在外磁场 中，电子角动量中，电子角动量 进进动的转向总是和动的转向总是和 磁力矩磁力矩 的方向构成右手螺旋关系。的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与这种等效圆

7、电流的磁矩的方向永远与 的方向相反。的方向相反。0BL0BM83. 3. 抗磁质的磁化抗磁质的磁化 抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和 有一有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质介质所共有的性质 。mp4. 4. 顺磁质的磁化顺磁质的磁化 在顺磁体内任意取一体积元在顺磁体内任意取一体积元 ，其中各分子磁，其中各分子磁矩的矢

8、量和矩的矢量和 将有一定的量值，因而在宏观上呈将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质的起源。它是一切磁介质所共有的性质 。mpV91. 1. 磁化强度磁化强度反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度( (大小与方向大小与方向) )的物理量。的物理量。均匀磁化均匀磁化非均匀磁化非均匀磁化VppMmmVpPMmmV0lim 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁，称为磁化强度，用化强度，用

9、 表示。表示。 Mmpmp10 注意：注意：对顺磁质，对顺磁质， 可以忽略；可以忽略； 对抗磁质对抗磁质 ，对于真空，对于真空， 。 mp0mp0M外磁场为零，磁化强度为零。外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零外磁场不为零: :顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质同向、0BM反向、0BM112. 2. 磁化电流磁化电流0B 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流（或

10、安培表面电流）。线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。12lIssSlSIPssmVpMmssSlSlMABCDlsII 设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为流为 （面磁化电流密度），则长为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介的一段介质上的磁化电流强度质上的磁化电流强度I IS S为为s13 取一长方形闭合回路取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为内部，平行与柱体轴线，长度为l，而，而BC、AD两两边则垂直于柱面。边则垂直于柱面。BAlMlMddABM MlsMssIllMd 磁化强度对闭合回路的线积分等

11、于通过回路磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。所包围的面积内的总磁化电流。MABCDlsII14 例例6.1.16.1.1 试求磁距为试求磁距为 p pm m=1.4=1.41010-26-26AmAm2 2，自旋，自旋角动量为角动量为L Lp p=0.53=0.531010-34-34kgmkgm2 2/s/s的质子的质子, ,在磁感应强度在磁感应强度 B B 为为0.500.50T T的均匀磁场中进动角速度的均匀磁场中进动角速度. . BLPdLPd 解质子带正电解质子带正电, ,它的自旋磁距它的自旋磁距与自旋角动量的方向相同与自旋角动量的方向相同, ,如如图

12、所示图所示. .质子在磁场中受到的质子在磁场中受到的磁力矩为磁力矩为 sinBPMmp 式中式中 是是质子自旋轴和磁场质子自旋轴和磁场的夹角。在磁力矩的作用下，的夹角。在磁力矩的作用下，质子以磁场为轴线作进动，质子以磁场为轴线作进动，在在d dt t时间内转角度时间内转角度d d ，角，角动量的增量为动量的增量为ddsinppLL15sradsradp/1032.1/1053.005.0104 .183426 可以看出，不管可以看出，不管 与磁场的夹角是大于与磁场的夹角是大于90900 0还还是小于是小于90900 0，质子进动的方向和磁场的方向总是相，质子进动的方向和磁场的方向总是相反的，因此质子在磁场中进动时也产生一与磁场方反的，因此质子在磁场中进动时也产生一与磁场方向相反的附加磁矩。向相反的附加磁矩。 mp从而可求得质子在磁场中的进动角速度从而可求得质子在磁场