2013課件-21章物質磁性修改

本章教學要求：了解介質的磁化現象及其微觀解釋。了解鐵磁質的特性。了解各向同性介質中H和B之間的關系和區(qū)別。了解介質中磁場的

定理和

環(huán)路定理。本章重點：定理磁場的

定理和

環(huán)路定理，磁場的和

環(huán)路定理本章難點：各類磁介質的磁化機理，鐵磁質的特性返回下一頁上一頁第二十一章磁介質返回總第二十一章磁介質EE

E0磁介質：一切實物物質，在磁場作用下都會產生不同程度的磁化，磁化了的物質又反過來影響原來的磁場。凡是有這種特性的物質都叫磁介質。電介質

產生附加電場E(外電場）極化

極化電荷（

電荷）磁化電流

產生附加磁場B（

電流）磁介質

（外磁場）磁化B

B0

B磁介質氧,鋁,錳.

等三種不同的磁介質：(1)順磁質磁介質0且B

B0

,B

B0

Br

1

106r

稍大于1：B

B0

B0BB定義介質的相對磁導率：rB0B稍小于1

，(2)抗磁質

磁介質

B

與B0方向相反,1

r

10

.銅,鉍,氫等,各種動物包括人，6超導體是理想的抗磁體且B

B

,

B

B

B

B

.0

0

0

rBB0實驗發(fā)現：有、無磁介質的螺旋管內磁感應強度的比值，可表征它們在磁場中的性質。磁介質BII順磁質，抗磁質都稱為弱磁質鐵磁質又稱為強磁質)鐵3(

磁質磁介質且

0

,r

10

~

10

鎳,鐵,鈷.

等430

BB

BBB0B

r

，1B0B由于電子自旋引起的磁矩稱為自旋磁矩Pe

自則電子磁矩

Pe

Pe

軌

Pe

自分子的固有磁矩

Pm

，Pm

Pe即Pm

0兩類不同分子:1.分子中各電子磁矩互相抵消,不具有固有磁矩.抗磁質2.分子具有固有磁矩,即Pm

0順磁質Ipe順磁質的磁化機理無外場時，分子運動雜亂無章，

Pm

0mPBB0有外場B0時，分子磁矩受力矩，Pm力圖轉到B0方向,

Pm

0.由此產生的B與B0方向相同在順磁質物質中，分子

具有固有磁矩，Pm

0抗磁質的磁化機理*電子的進動：在外磁場作用下，每個電子除了保持環(huán)繞原子核的運動和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以

外磁場方向為軸線的轉動?？梢宰C明：不論電子原來的磁矩與磁場方向之間的夾角是何值，這種進動等效圓電流附加磁矩Pm的方向

與B0

的方向相反。B0pLepmL進動Ld

LL

d

LLM

P

BMd

td

L

d

L、M方向一致!0BpLeL進動pmBB抗磁質，但進動產生，

與mmPmP

0

P0B反向，使得B與B0

反向。順磁質

Pm

Pm

，即在

B0作用下Pm轉向B0方向，使得B與B0

同向。分析（b）（c）兩圖有：分子中各個電子因進動產生的附加磁矩Pm總與B0

的方向相反。BB

0

H真空中：B

0

H磁介質中:B

0

r

HH2010年首個

獎+搞笑獎雙料得主誕生——荷蘭科學家Andre

Geim。十年前他因磁懸浮青蛙獲得搞笑

獎。十年后他因石墨烯（graphene）的結構獲獎。青蛙屬于抗磁質。當青蛙被放到磁場中，青蛙的每個原子都像一個小磁針，外界磁場對這些小磁針作用的結果產生了向上的力，如果磁場的強度適當，這力與青蛙受的重力達到平衡，它們就能懸在空中。實際上動物都屬于抗磁質，只要用足夠強的磁場，就有可能使人懸浮起來。磁化強度（與電極化強度P

定義類似。）VM

Pm

PmmM

V

PMVM

Pm順磁質的磁化強度方向與外磁場方向相同，抗磁質的磁化強度單位：A

/m

（安/米)B0(a)順磁質0B(b)抗磁質M

方向與外磁場方向相反。M4、磁化強度反映磁介質磁化程度(大小與方向)的物理量。5.

磁化電流對于各向同性的均勻介質，介質各分子電流相互抵消，而在介質表面，各分子電流相互疊加，在磁化圓柱的表面出現一層電流，好象一個載流螺線管，稱為磁化面電流。IB0I58

磁化電流的產生2ok.swfIm

jmlPm

Im

S

jmSlVM

pmSljm

Sl

jmM設介質表面沿軸線方向單位長度上的磁化電流為jm

（磁化面電流密度），則長為l

的一段介質上的磁化電流強度Im為，平行與柱體軸線，取一長方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質長度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。BAM

d

l

M

d

l

M

AB

Ml

M

jm

M

d

l

jml

Im磁化強度對閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內的總磁化電流IImAlABCDPn

S

P

d

S

q對比0

SB

d

S

0'SB

d

S

0B0

B d

S(BB'

)

d

S

0SS

S

B

d

S

0，故對總磁場有定理與環(huán)路定理§21-2

磁介質中的21-2-1

磁介質中的

定理

0B

B

B

'（L內）L

B0

dl

0

I0有磁介質時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無磁介質時有磁介質時的環(huán)路定理定義磁場強度B

H

M0磁介質中的 環(huán)路定理：磁場強度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過該路徑的所有傳導電流的代數和，而與磁化電流無關。L

H

d

l

I

B

H

MB

0H

0M0實驗證明：對于各向同性的介質，在磁介質中任意一點磁化強度和磁場強度成正比。M

m

H式中m只與磁介質的性質有關，稱為磁介質的磁化率，是一個純數。如果磁介質是均勻的，它是一個常量；如果磁介質是不均勻的，它是空間位置的函數。m

0

順磁質m

0

抗磁質

P

e

0E對比B

0

(1

m

)H磁導率

=0

r值得注意：H的引入為研究介質中的磁場提供了方便，但它不是反映磁場性質的基本物理量，B才是反映磁場性質的基本物理量。D

0r

E

E對比MBH21-2-3

磁化強度、磁感應強度之間的關系

B

r

0

H

H和磁場強度B

0H

0M各向同性的介質M

m

H令r

1

mIrr例

有兩個半徑分別為和

的“無限長”同的時，試求（1）磁介質中任意點

P

的磁感應強度的大小;（2）圓柱體外面一點Q

的磁感強度.軸圓筒形導體，在它們之間充以相對磁導率為rR

r磁介質.當兩圓筒通有相反方向的電流I解

對稱性分析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，鐵磁質

磁場比無鐵磁質時增大百倍至千倍以上。（2）不是恒量。即H

與B

不是簡單的線性關系。（3）磁化場撤除后，鐵磁質內仍得到一定的磁性。oHSHSo

HSSS

HSH

HSBRMRR(a)

B—H磁滯回線S

R(b)M—H磁滯回線圖無外磁場(a)B0外磁場(b)B0外磁場(c)B0外磁場(d)單晶磁疇結構示意圖多晶磁疇結構示意圖3.磁疇在鐵磁質中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇。在沒有外磁場作用時，磁體體內磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內的平均磁矩為零。B0無外磁場(a)B0外磁場(c)B0外磁場(d)外磁場(b)在外磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁能將低于磁矩與外磁反向排列時的磁能，結果是自發(fā)磁化磁矩和外磁場成小角度的磁疇處于有利地位，這些磁疇體積逐漸擴大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。隨著外磁場的不斷增強，取向與外磁場成較大角度的磁疇全部

，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉，以后再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇都沿外磁場方向整齊排列，這時磁化達到飽和。臨界溫度Tc。在Tc以上，鐵磁性完全

而溫度或

點。不溫度Tc

。純鐵：

成為順磁質，Tc稱為同的鐵磁質有不同的

770oC

，純鎳：358oC

。裝置

：將懸掛著的鎳片移近永久磁鐵，即被吸住，說明鎳片在室溫下具有鐵磁性。用

燈