物质的磁性修改

物质的磁性修改第1页，共25页，2023年，2月20日，星期日本章教学要求：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。了解介质中磁场的高斯定理和安培环路定理。

本章重点：磁场的高斯定理和安培环路定理，磁场的高斯定理和安培环路定理本章难点：各类磁介质的磁化机理，铁磁质的特性返回目录下一页上一页第2页，共25页，2023年，2月20日，星期日

第二十一章磁介质§21.1磁介质及其磁化§21.3铁磁质返回总目录§21.2磁介质中的高斯定理与安培环路定理第3页，共25页，2023年，2月20日，星期日

第二十一章

磁介质

§21.1磁介质及其磁化磁介质：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。返回本章目录下一页第4页，共25页，2023年，2月20日，星期日磁介质内部：定义介质的相对磁导率：三种不同的磁介质：返回本章目录下一页上一页实验发现：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。磁介质第5页，共25页，2023年，2月20日，星期日顺磁质，抗磁质都称为弱磁质返回本章目录下一页上一页第6页，共25页，2023年，2月20日，星期日分子的固有磁矩，返回本章目录下一页上一页抗磁质顺磁质§21.1.2顺磁质与抗磁质的磁化第7页，共25页，2023年，2月20日，星期日返回本章目录下一页上一页第8页，共25页，2023年，2月20日，星期日抗磁质的磁化机理*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的方向永远与B0

的方向相反。进动方向一致!进动第9页，共25页，2023年，2月20日，星期日

顺磁质，即在作用下转向方向，使得与同向。

抗磁质，但进动产生，与反向，使得与反向。

分析（b）（c）两图有：分子中各个电子因进动产生的附加磁矩总与的方向相反。顺磁质抗磁质返回本章目录下一页上一页第10页，共25页，2023年，2月20日，星期日2010年首个诺贝尔奖+搞笑诺贝尔奖双料得主诞生——荷兰科学家AndreGeim。

十年前他因磁悬浮青蛙获得搞笑诺贝尔奖。

十年后他因石墨烯（graphene）的结构获诺贝尔奖。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。第11页，共25页，2023年，2月20日，星期日磁化强度（与电极化强度定义类似。）4、磁化强度顺磁质的磁化强度方向与外磁场方向相同，方向与外磁场方向相反。抗磁质的磁化强度单位：（安/米)

®0B(a)顺磁质®0B(b)抗磁质反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期日5.磁化电流

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，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。58磁化电流的产生2ok.swf第13页，共25页，2023年，2月20日，星期日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

取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。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。IImlABCD对比第14页，共25页，2023年，2月20日，星期日，故对总磁场有

§21-2磁介质中的高斯定理与安培环路定理21-2-1磁介质中的高斯定理第15页，共25页，2023年，2月20日，星期日无磁介质时有磁介质时§21-2-2有磁介质时的安培环路定理定义磁场强度

磁介质中的安培环路定理：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。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期日

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。

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。对比第17页，共25页，2023年，2月20日，星期日

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。磁导率

=0r对比21-2-3磁化强度、磁感应强度和磁场强度之间的关系各向同性的介质第18页，共25页，2023年，2月20日，星期日I

例有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流时，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.解对称性分析I第19页，共25页，2023年，2月20日，星期日同理可求II第20页，共25页，2023年，2月20日，星期日2、实验（略）3.磁化曲线(a)(b)(c)§21-3铁磁质一、铁磁质的特性1.特性（1）由于磁化，铁磁质内部磁场比无铁磁质时增大百倍至千倍以上。（2）不是恒量。即与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。返回本章目录下一页上一页第21页，共25页，2023年，2月20日，星期日4.磁滞回线(a)B—H磁滞回线(b)M—H磁滞回线5.磁滞损耗磁滞伸缩居里点返回本章目录下一页上一页第22页，共25页，2023年，2月20日，星期日图无外磁场外磁场外磁场外磁场(a)(b)(c)(d)1、“磁畴”理论二、铁磁质的磁化机理第23页，共25页，2023年，2月20日，星期日单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图

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。3.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。第24页，共25页，2023年，2月20日，星期日无外磁场外磁场外磁场外磁场(a)(b)(c)(d)

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