大学物理课件大学物理课件清华-磁学4

1、第9章 有磁介质存在时的磁场1 物质的磁性 磁介质对磁场的影响有磁介质的空间的磁场分布原有外磁场磁化的磁介质产生的附加磁场 顺磁质： 抗磁质：统称“弱磁质” 铁磁质： 完全抗磁性物质：超导体处于超导态时，其内部磁场为零。2 磁介质的磁化一、 分子电流与分子磁矩： 分子中任意电子的运动绕核的旋转轨道运动绕自身轴旋转自旋运动均产生磁效应物质具有磁性的内在根源。 任意电子运动对外产生的总磁效应 可看作一个等效环形电流，因而具有磁矩。 从磁效应讲，一个分子等效于一个圆电流分子电流分子中所有电子运动的磁矩的矢量和就是整个分子的磁矩分子磁矩，固有磁矩在没有外磁场时：，但取向无规则宏观上对外不显示磁性1.

2、抗磁质的磁化：在没有外磁场时，就单个电子而言，其轨道运动与自旋运动的磁矩均不为零。设：一个电子绕核运动的速率为V，其等效圆电流为I ，其轨道运动磁矩为 当没有外磁场时，向心力为库仑力：加入外磁场后，电子还受洛仑兹力作用：外磁场分两种情况讨论：二、 磁介质的磁化 A. 外磁场与磁矩方向相同：则电子所受洛仑兹力与库仑力反向：fm使轨道运动的向心力减小。量子理论：定态上的电子运动轨道半径不变相当于在原磁矩上增加了一个反向磁矩 ：相应应有一反向附加磁化电流 Im， 激发出一个附加磁场 B. 外磁场与磁矩方向相反：则电子所受洛仑兹力与库仑力同向：fm使轨道运动的向心力增大。量子理论：定态上的电子运动轨道

3、半径不变。相当于在原磁矩上增加了一个同向磁矩 ：相应应有一同向附加磁化电流 Im ，激发出一个附加磁场可见： 抗磁性源于外磁场对电子轨道运动作用的结果，在任何原子或分子结构中都会产生，是一切磁介质所共有的性质。2. 顺磁质的磁化：，但取向无规则分子磁矩宏观上对外不显示磁性。2. 顺磁质的磁化：有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩作用：其作用是使分子磁矩转向外磁场的方向产生一等效磁化电流Im(分布电流)相应的附加磁场与外磁场同向顺磁效应3 磁化强度矢量一、磁化强度矢量：表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度3. 对于顺磁质：抗磁质：2. 真空情况：1. 单位：A/ m4. 均匀磁化：二、磁化强度与磁化

4、电流的关系：磁化面电流密度：单位长度的分子磁化面电流则通过长为l 截面积为S 的磁化电流总量为：.+磁化面电流 1. 磁化面电流密度与磁化强度的关系：磁化面电流 l一段长为l 的介质的磁化电流：这段介质对应的总磁矩大小：方向：这一段的磁化强度大小：方向如图说明：这是一个特例。一般情况应为：磁化电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。比较电介质极化关系类似2. 磁化强度环流磁化面电流 取矩形闭合回路abcda ，且：ab/cd/轴， cd在介质内， ab在介质外。（普遍适用）4 磁介质中的安培环路定理一、磁介质中的安培环路定理：1. 磁介质中的安环定理：真空中：环路内电荷定向运动形成的电流传导电

5、流磁介质中：环路内的磁化电流传导电流与磁化电流在空间共同激发的磁场，即：磁介质中的安培环路定理磁场强度磁介质中的安培环路定理意义：磁场强度的环流只与传导电流有关，在形式上与磁介质的磁性无关2. 磁场强度：单位：没有直接的物理意义。真空时：二、磁矢量 、 、 的关系：1. 磁化规律：各向同性均匀介质：磁化率纯数，与介质性质有关 介质均匀：介质非均匀：真空中：顺磁质：抗磁质：2. 磁导率：各向同均匀介质：其中：相对磁导率顺磁质：抗磁质：磁导率说明： 铁磁质：公式仍成立，但已非正比、单值、线性关系 对各向同均匀介质，有介质的情况可以使用与真空相似的磁场规律静电场与稳恒磁场的比较静电场稳恒磁场（静磁场

6、）物理量高斯定理有源无旋场无源涡旋场环路定理有势场无势场性质方程例1：均匀密绕螺绕环内充满均匀顺磁质。已知传导电流 I=2.0A， 单位长度的匝数 n=1000 匝/m，磁导率 =5.010-4 wb。环 截面半径平均半径 。 求：环内的磁场强度、磁感应强度解：在环内作半径为r 的同心回路:总匝数对称性： 环路上各点磁场强度大小相等，方向沿该点切线。各向同均匀介质：方向：与电流套合成右手系例2：一半径为R1 的无限长圆柱导电体(0)中均匀通有电流 I 。 其外有一半径为R2 的无限长同轴圆柱面，其上均匀分布着 反向电流 I 。两者间充满磁导率为 的均匀磁介质。 求：空间任一点的磁场。解：磁场轴对称分布，介质轴对称分布任作一个半径为r 的同轴圆形环路 r1 R1相等 r1 R1 R1 r2 R2且：各情况磁场方向均沿环路切线，与电流套合成右手系例3：图示C形硅钢电磁铁，铁芯外有N匝线圈，通有电流 I 。硅 钢片的相对磁导率为r ，铁芯边长l ，截面积 S ，空隙高度 为d 。 求:空隙中的磁感应强度的大小。解：在铁芯内贴近外沿取闭合回路。设空隙中各量为：5 铁磁质的基本性质 1. 附加磁场 ，且 ，是磁场的函数，不是常