磁介质中的磁场ppt课件

1、第十二章第十二章 磁介质中的磁场磁介质中的磁场 (Magnetic Field in Magnetic (Magnetic Field in Magnetic Medium) Medium) 本章讨论：本章讨论： 磁场对磁介质的作用磁场对磁介质的作用 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 12-1 磁介质及其磁化(magnetization) 磁介质：能影响磁场的物质。磁介质：能影响磁场的物质。原来不具有磁性的磁介质放在磁场中，由原来不具有磁性的磁介质放在磁场中，由于受磁场的作用很快显示出磁性，称为磁于受磁场的作用很快显示出磁性，称为磁化。磁化后的磁介质产生附加磁场，从而化。磁化后的磁介质产生

2、附加磁场，从而改变空间原有磁场的分布。改变空间原有磁场的分布。BBB0BBB0磁介质磁化的微观机制磁介质磁化的微观机制大量研究表明，磁场起源于电流。如果一种物质能改变磁场，就应该用物质内部的电流来解释这种改变。对原子、分子的内部任一电子，电子绕核运动、电子自旋运动都等效一个环形电流，因而能产生磁效应。各个电子对外界产生的磁效应的总和，可用一个等效的环形电流圆电流表示，称为分子电流，它具有一定的磁矩，称为分子磁矩，用Pm表示。分子电流分子电流 (molecular current) (molecular current) 、分、分子磁矩子磁矩(molecular magnetic moment)

3、 (molecular magnetic moment) 1、分子电流、分子电流 分子中电子有分子中电子有 轨道运动、自旋运动轨道运动、自旋运动 分子中所有电子的运动形成分子电流分子中所有电子的运动形成分子电流 (可看成是一个小可看成是一个小的载流圆线圈的载流圆线圈)。 2.分子磁矩分子磁矩 (1)电子的轨道磁矩：电子的轨道磁矩： 轨道半径轨道半径-r (圆轨道圆轨道)、电子速率、电子速率-、 轨道电流轨道电流I ，电子的轨道磁矩，电子的轨道磁矩 222evrrrevISpel电子的轨道角动量(圆轨道) L = m r ， m -电子质量 电子轨道磁矩与轨道角动量的关系 (2)电子自旋磁矩 实

4、验证明：电子有自旋(内禀)运动，相应有自旋磁矩(spin magnetic momemt )，大小为 (3)分子磁矩p 核 - 核(自旋)磁矩(约为电子磁矩的 1/2000倍) , 分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩及所有核磁矩的矢量和。 elpelpmp顺磁质的磁化1.顺磁质(如铝、铂、氧) 无外磁场时，pm 0 ， pm称固有磁矩(intrinsic magnetic moment) 但由于热运动， pm取向混乱，V 内 pm = 0(V 是宏观上看很小、微观上看很大的一个小体积，内部有大量分子) 2.顺磁质的顺磁性 有外磁场时， pm因受力矩而沿外磁场取向，V 内 pm 0,外

5、磁场越强 | pm |越大。 pm取向后，产生附加磁场B 顺磁质除有顺磁性外还有抗磁性：顺磁质除有顺磁性外还有抗磁性：(1)(1)外磁场对电子轨道运动的作用外磁场对电子轨道运动的作用当分子处于外磁场中时，电子的轨道运动会受一力矩当分子处于外磁场中时，电子的轨道运动会受一力矩根据角动量定理根据角动量定理 在力矩作用下，在力矩作用下，L L 绕绕 B0 B0 进动进动( (旋进旋进) )。(2)(2)附加磁矩附加磁矩 由于进动，电子产生了附加磁矩由于进动，电子产生了附加磁矩 pmpm。不管电子轨道运动方向如。不管电子轨道运动方向如何，所产生的附加磁矩总与外磁场方向何，所产生的附加磁矩总与外磁场方向

6、 相反相反( (见图见图) )。 对自旋磁矩、核磁矩，在外磁场中也会产生附加磁矩。对自旋磁矩、核磁矩，在外磁场中也会产生附加磁矩。(3)(3)感生磁矩感生磁矩 pp感感 (induced magnetic momemt)(induced magnetic momemt)感生磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。感生磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。pp感总与外磁场方向感总与外磁场方向相反，此即抗磁性的来源。相反，此即抗磁性的来源。 (4)(4)顺磁质的抗磁性可以忽略顺磁质的抗磁性可以忽略 抗磁质的磁化1.抗磁质：如铋、汞、铜、氢。 对抗磁质分子，其所有电子和核的磁矩的矢量和为零，没有固有磁矩 (p

7、m = 0)只有感生磁矩 p感。 2.抗磁质表现为抗磁性 对抗磁质 12-2 磁化强度(magnetization)、磁化电流(magnetization current)用磁化强度来描写磁化的强弱。1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和 对顺磁质，pm可以忽略；对于抗磁质， pm0，对于真空，M0 。2.磁化强度随磁场增强而增大 对顺磁质、抗磁质均如此 VppMmm磁介质磁化后，在磁介质体内和表面上可出现磁化电流 1.面磁化电流n-磁介质表面的外法线方向的单位矢量(方向：由磁介质体内指向体外)2. 体磁化电流 在均匀各向同性磁介质内部，不管磁场是否均匀，在没有传导电流的地方，也没有体磁化电流。

8、ssmSlSlVpMSInMs12-3 磁介质中的磁场 磁场强度(magnetic field intensity) 有磁介质后，空间任一点的磁场 B、H、M的关系 一般关系对各向同性的非铁磁质 (1)M 和 H 的关系 :由实验：M=mH ,m磁化率(magnetic susceptibility) 对弱磁性物质| m |0 (对顺磁质) ,m1 m1 ；关系为非线性，即关系为非线性，即不是常量，与不是常量，与H H有复有复杂的函数关系；杂的函数关系；H H随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，外场消失后，磁性仍能保持。（磁滞外场消失后，磁性仍能保持

9、。（磁滞(hysteresis)(hysteresis)景象景象 ）在一定的温度居里点磁性发生突变。在一定的温度居里点磁性发生突变。 宏观实验曲线 1.起始磁化曲线(initial magnetization curve)：铁磁质从未磁化到达到磁饱和的这段 B -H 关系曲线。2.磁滞回线(hysteresis loop) 磁滞损耗 (hysteresis loss) ：铁磁质在交变磁场中工作时有发热损耗 磁畴磁畴 (magnetic domain)-铁磁质中存在的自发铁磁质中存在的自发磁化的小区域磁化的小区域 (线度线度10-4m)。在一个磁畴中，。在一个磁畴中，约有约有10121015个原

10、子，所有这些原子的磁矩个原子，所有这些原子的磁矩(铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩)可以可以不靠外磁场而通过一种量子力学效应不靠外磁场而通过一种量子力学效应(交换耦合交换耦合作用作用)取得一致方向。取得一致方向。 磁滞损耗磁滞损耗 磁滞损耗磁滞损耗(hysteresis loss)：铁磁质在：铁磁质在交变磁场中工作时有发热损耗。交变磁场中工作时有发热损耗。 缘由：磁缘由：磁畴反复变向时，由磁畴壁摩擦引起。畴反复变向时，由磁畴壁摩擦引起。 铁磁质的磁化铁磁质的磁化 (1)未加磁场时各磁畴的磁矩的取向混乱铁磁质宏观未加磁场时各磁畴的磁矩的取向混乱铁磁质宏观不显磁性不显磁性(2)加外磁场后加外磁场后 作用：磁畴的磁矩转向作用：磁畴的磁矩转向磁畴的体积变化磁畴的体积变化(磁矩和磁矩和B0方向相近的磁畴体积增方向相近的磁畴体积增大；和大；和B0方向夹角大的磁畴体积减小方向夹角大的磁畴体积减小) 结果：铁磁质磁化结果：铁磁质磁化B0为一定值后，所有磁畴的磁矩为一定值后，所有磁畴的磁矩均指同