2013课件-21章物质磁性修改

本章教学要求：了解介质的磁化现象及其微观解释。了解铁磁质的特性。了解各向同性介质中H和B之间的关系和区别。了解介质中磁场的

定理和

环路定理。本章重点：定理磁场的

定理和

环路定理，磁场的和

环路定理本章难点：各类磁介质的磁化机理，铁磁质的特性返回下一页上一页第二十一章磁介质返回总第二十一章磁介质EE

E0磁介质：一切实物物质，在磁场作用下都会产生不同程度的磁化，磁化了的物质又反过来影响原来的磁场。凡是有这种特性的物质都叫磁介质。电介质

产生附加电场E(外电场）极化

极化电荷（

电荷）磁化电流

产生附加磁场B（

电流）磁介质

（外磁场）磁化B

B0

B磁介质氧,铝,锰.

等三种不同的磁介质：(1)顺磁质磁介质0且B

B0

,B

B0

Br

1

106r

稍大于1：B

B0

B0BB定义介质的相对磁导率：rB0B稍小于1

，(2)抗磁质

磁介质

B

与B0方向相反,1

r

10

.铜,铋,氢等,各种动物包括人，6超导体是理想的抗磁体且B

B

,

B

B

B

B

.0

0

0

rBB0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BII顺磁质，抗磁质都称为弱磁质铁磁质又称为强磁质)铁3(

磁质磁介质且

0

,r

10

~

10

镍,铁,鈷.

等430

BB

BBB0B

r

，1B0B由于电子自旋引起的磁矩称为自旋磁矩Pe

自则电子磁矩

Pe

Pe

轨

Pe

自分子的固有磁矩

Pm

，Pm

Pe即Pm

0两类不同分子:1.分子中各电子磁矩互相抵消,不具有固有磁矩.抗磁质2.分子具有固有磁矩,即Pm

0顺磁质Ipe顺磁质的磁化机理无外场时，分子运动杂乱无章，

Pm

0mPBB0有外场B0时，分子磁矩受力矩，Pm力图转到B0方向,

Pm

0.由此产生的B与B0方向相同在顺磁质物质中，分子

具有固有磁矩，Pm

0抗磁质的磁化机理*电子的进动：在外磁场作用下，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，还要附加电子磁矩以

外磁场方向为轴线的转动。可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，这种进动等效圆电流附加磁矩Pm的方向

与B0

的方向相反。B0pLepmL进动Ld

LL

d

LLM

P

BMd

td

L

d

L、M方向一致!0BpLeL进动pmBB抗磁质，但进动产生，

与mmPmP

0

P0B反向，使得B与B0

反向。顺磁质

Pm

Pm

，即在

B0作用下Pm转向B0方向，使得B与B0

同向。分析（b）（c）两图有：分子中各个电子因进动产生的附加磁矩Pm总与B0

的方向相反。BB

0

H真空中：B

0

H磁介质中:B

0

r

HH2010年首个

奖+搞笑奖双料得主诞生——荷兰科学家Andre

Geim。十年前他因磁悬浮青蛙获得搞笑

奖。十年后他因石墨烯（graphene）的结构获奖。青蛙属于抗磁质。当青蛙被放到磁场中，青蛙的每个原子都像一个小磁针，外界磁场对这些小磁针作用的结果产生了向上的力，如果磁场的强度适当，这力与青蛙受的重力达到平衡，它们就能悬在空中。实际上动物都属于抗磁质，只要用足够强的磁场，就有可能使人悬浮起来。磁化强度（与电极化强度P

定义类似。）VM

Pm

PmmM

V

PMVM

Pm顺磁质的磁化强度方向与外磁场方向相同，抗磁质的磁化强度单位：A

/m

（安/米)B0(a)顺磁质0B(b)抗磁质M

方向与外磁场方向相反。M4、磁化强度反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。5.

磁化电流对于各向同性的均匀介质，介质各分子电流相互抵消，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，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流。IB0I58

磁化电流的产生2ok.swfIm

jmlPm

Im

S

jmSlVM

pmSljm

Sl

jmM设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为jm

（磁化面电流密度），则长为l

的一段介质上的磁化电流强度Im为，平行与柱体轴线，取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。BAM

d

l

M

d

l

M

AB

Ml

M

jm

M

d

l

jml

Im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IImAlABCDPn

S

P

d

S

q对比0

SB

d

S

0'SB

d

S

0B0

B d

S(BB'

)

d

S

0SS

S

B

d

S

0，故对总磁场有定理与环路定理§21-2

磁介质中的21-2-1

磁介质中的

定理

0B

B

B

'（L内）L

B0

dl

0

I0有磁介质时L

B

d

l

0

(

I

Im

)

Im

L

M

dl

L

B

d

l

0

(

I

L

M

d

l

)

BL

M

)

d

l

I0或

(§21-2-2无磁介质时有磁介质时的环路定理定义磁场强度B

H

M0磁介质中的 环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。L

H

d

l

I

B

H

MB

0H

0M0实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。M

m

H式中m只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。m

0

顺磁质m

0

抗磁质

P

e

0E对比B

0

(1

m

)H磁导率

=0

r值得注意：H的引入为研究介质中的磁场提供了方便，但它不是反映磁场性质的基本物理量，B才是反映磁场性质的基本物理量。D

0r

E

E对比MBH21-2-3

磁化强度、磁感应强度之间的关系

B

r

0

H

H和磁场强度B

0H

0M各向同性的介质M

m

H令r

1

mIrr例

有两个半径分别为和

的“无限长”同的时，试求（1）磁介质中任意点

P

的磁感应强度的大小;（2）圆柱体外面一点Q

的磁感强度.轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为rR

r磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流I解

对称性分析l

H

dl

Ir

d

R2π

dH

II2π

dH

2π

dB

H

0

r

IdIR2π

dH

0,

H

0B

H

0d

r

,

B

0同理可求r

d

R2π

dB

0

r

Id

RlH

dl

I

I

0IrrIdR(a)(b)(c)BHMooH

oHS

HCAS（1）由于磁化，铁磁质

磁场比无铁磁质时增大百倍至千倍以上。（2）不是恒量。即H

与B

不是简单的线性关系。（3）磁化场撤除后，铁磁质内仍得到一定的磁性。oHSHSo

HSSS

HSH

HSBRMRR(a)

B—H磁滞回线S

R(b)M—H磁滞回线图无外磁场(a)B0外磁场(b)B0外磁场(c)B0外磁场(d)单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图3.磁畴在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的平均磁矩为零。B0无外磁场(a)B0外磁场(c)B0外磁场(d)外磁场(b)在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部

，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全

而温度或

点。不温度Tc

。纯铁：

成为顺磁质，Tc称为同的铁磁质有不同的

770ºC

，纯镍：358ºC

。装置

：将悬挂着的镍片移近永久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下具有铁磁性。用

灯