2013課件-21章物質(zhì)磁性修改

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

定理和

環(huán)路定理。本章重點(diǎn)：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(diǎn)：各類磁介質(zhì)的磁化機(jī)理，鐵磁質(zhì)的特性返回下一頁上一頁第二十一章磁介質(zhì)返回總第二十一章磁介質(zhì)EE

E0磁介質(zhì)：一切實(shí)物物質(zhì)，在磁場作用下都會(huì)產(chǎn)生不同程度的磁化，磁化了的物質(zhì)又反過來影響原來的磁場。凡是有這種特性的物質(zhì)都叫磁介質(zhì)。電介質(zhì)

產(chǎn)生附加電場E(外電場）極化

極化電荷（

電荷）磁化電流

產(chǎn)生附加磁場B（

電流）磁介質(zhì)

（外磁場）磁化B

B0

B磁介質(zhì)氧,鋁,錳.

等三種不同的磁介質(zhì)：(1)順磁質(zhì)磁介質(zhì)0且B

B0

,B

B0

Br

1

106r

稍大于1：B

B0

B0BB定義介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率：rB0B稍小于1

，(2)抗磁質(zhì)

磁介質(zhì)

B

與B0方向相反,1

r

10

.銅,鉍,氫等,各種動(dòng)物包括人，6超導(dǎo)體是理想的抗磁體且B

B

,

B

B

B

B

.0

0

0

rBB0實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無磁介質(zhì)的螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，可表征它們在磁場中的性質(zhì)。磁介質(zhì)BII順磁質(zhì)，抗磁質(zhì)都稱為弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)又稱為強(qiáng)磁質(zhì))鐵3(

磁質(zhì)磁介質(zhì)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(zhì)2.分子具有固有磁矩,即Pm

0順磁質(zhì)Ipe順磁質(zhì)的磁化機(jī)理無外場時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)雜亂無章，

Pm

0mPBB0有外場B0時(shí)，分子磁矩受力矩，Pm力圖轉(zhuǎn)到B0方向,

Pm

0.由此產(chǎn)生的B與B0方向相同在順磁質(zhì)物質(zhì)中，分子

具有固有磁矩，Pm

0抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理*電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場作用下，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以

外磁場方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)?？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(jìn)動(dòng)等效圓電流附加磁矩Pm的方向

與B0

的方向相反。B0pLepmL進(jìn)動(dòng)Ld

LL

d

LLM

P

BMd

td

L

d

L、M方向一致!0BpLeL進(jìn)動(dòng)pmBB抗磁質(zhì)，但進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生，

與mmPmP

0

P0B反向，使得B與B0

反向。順磁質(zhì)

Pm

Pm

，即在

B0作用下Pm轉(zhuǎn)向B0方向，使得B與B0

同向。分析（b）（c）兩圖有：分子中各個(gè)電子因進(jìn)動(dòng)產(chǎn)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(zhì)中:B

0

r

HH2010年首個(gè)

獎(jiǎng)+搞笑獎(jiǎng)雙料得主誕生——荷蘭科學(xué)家Andre

Geim。十年前他因磁懸浮青蛙獲得搞笑

獎(jiǎng)。十年后他因石墨烯（graphene）的結(jié)構(gòu)獲獎(jiǎng)。青蛙屬于抗磁質(zhì)。當(dāng)青蛙被放到磁場中，青蛙的每個(gè)原子都像一個(gè)小磁針，外界磁場對(duì)這些小磁針作用的結(jié)果產(chǎn)生了向上的力，如果磁場的強(qiáng)度適當(dāng)，這力與青蛙受的重力達(dá)到平衡，它們就能懸在空中。實(shí)際上動(dòng)物都屬于抗磁質(zhì)，只要用足夠強(qiáng)的磁場，就有可能使人懸浮起來。磁化強(qiáng)度（與電極化強(qiáng)度P

定義類似。）VM

Pm

PmmM

V

PMVM

Pm順磁質(zhì)的磁化強(qiáng)度方向與外磁場方向相同，抗磁質(zhì)的磁化強(qiáng)度單位：A

/m

（安/米)B0(a)順磁質(zhì)0B(b)抗磁質(zhì)M

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

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

磁化電流的產(chǎn)生2ok.swfIm

jmlPm

Im

S

jmSlVM

pmSljm

Sl

jmM設(shè)介質(zhì)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(zhì)上的磁化電流強(qiáng)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(zhì)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(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流IImAlABCDPn

S

P

d

S

q對(duì)比0

SB

d

S

0'SB

d

S

0B0

B d

S(BB'

)

d

S

0SS

S

B

d

S

0，故對(duì)總磁場有定理與環(huán)路定理§21-2

磁介質(zhì)中的21-2-1

磁介質(zhì)中的

定理

0B

B

B

'（L內(nèi)）L

B0

dl

0

I0有磁介質(zhì)時(shí)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(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理定義磁場強(qiáng)度B

H

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

H

d

l

I

B

H

MB

0H

0M0實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度成正比。M

m

H式中m只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的磁化率，是一個(gè)純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個(gè)常量；如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。m

0

順磁質(zhì)m

0

抗磁質(zhì)

P

e

0E對(duì)比B

0

(1

m

)H磁導(dǎo)率

=0

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

0r

E

E對(duì)比MBH21-2-3

磁化強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系

B

r

0

H

H和磁場強(qiáng)度B

0H

0M各向同性的介質(zhì)M

m

H令r

1

mIrr例

有兩個(gè)半徑分別為和

的“無限長”同的時(shí)，試求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)

P

的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小;（2）圓柱體外面一點(diǎn)Q

的磁感強(qiáng)度.軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為rR

r磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流I解

對(duì)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(zhì)

磁場比無鐵磁質(zhì)時(shí)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(guān)系。（3）磁化場撤除后，鐵磁質(zhì)內(nèi)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(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖3.磁疇在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個(gè)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(gè)自發(fā)磁化達(dá)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(shí)，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)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(shí)的磁能將低于磁矩與外磁反向排列時(shí)的磁能，結(jié)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(kuò)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(qiáng)，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(zhuǎn)，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(shí)磁化達(dá)到飽和。臨界溫度Tc。在Tc以上，鐵磁性完全

而溫度或

點(diǎn)。不溫度Tc

。純鐵：

成為順磁質(zhì)，Tc稱為同的鐵磁質(zhì)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