第十二章物質的磁性

§12-1物質對磁場的影響一.磁介質1.物質的磁性

當一塊介質放在外磁場中將會與磁場發(fā)生相互作用，產生一種所謂的“磁化”現(xiàn)象，介質中出現(xiàn)附加磁場。我們把這種在磁場作用下磁性發(fā)生變化的介質稱為“磁介質”。設：外場的磁感應強度為B0；介質磁化后的附加磁場為B′磁介質中的磁感應強度：相對磁導率：令：=0r稱為磁導率真空螺線管的磁場：介質螺線管的磁場：二.三類磁介質：（1）順磁性介質：

介質磁化后呈弱磁性。附加磁場B與外場B0同向。B>B0,r>1（2）抗磁性介質：介質磁化后呈弱磁性。附加磁場B與外場B0反向。B<B0,r<1（3）鐵磁性介質：介質磁化后呈強磁性。附加磁場B與外場B0同向。B>>B0,r>>1（4）完全抗磁體：（r

＝0）：B＝0，磁介質內的磁場等于零（如超導體）。磁介質種類種類溫度相對磁導率r

＜1鉍汞銅氫（氣）293K293K293K1-16.6×10-51-2.9×10-51-1.0×10-51-3.89×10-5r

＞1氧（液）氧（氣）鋁鉑90K293K293K293K1+769.9×10-51+334.9×10-51+1.65×10-51+26.0×10-5r

＞＞1鑄鋼鑄鐵硅鋼坡莫合金2.2×103（最大值）4×102（最大值）7×102（最大值）1×105（最大值）r

＝0汞鈮小于4.15K小于9.26K00§12-2物質的磁化一.分子磁矩順磁質和抗磁質的磁化近代科學實踐證明，組成分子或原子中的電子，不僅存在繞原子核的軌道運動，還存在自旋運動。這兩種運動都能產生磁效應。把分子或原子看作一個整體，分子或原子中各電子對外產生磁效應的總和，可等效于一個圓電流，稱為“分子電流”。分子電流的磁矩稱為“分子磁矩”表示為

。+--+各電子磁矩+-分子磁矩1.順磁質特點：存在分子固有磁矩。無外磁場：外磁場中：-++-+-B+--+-+2.抗磁質特點：分子固有磁矩等于零，因此不存在順磁效應。+-+-結論：注意：

在抗磁質和順磁質中都會存在抗磁效應，只是抗磁效應與順磁效應相比較要小得多，因此在順磁質中，抗磁效應被順磁效應所掩蓋。附加電子磁矩

的方向總是和外磁場方向相反。由于分子中每一個運動電子都要產生與外磁場反向的附加磁矩

，分子中各電子附加磁矩的矢量和即為分子的附加磁矩。磁介質中大量分子的附加磁矩在宏觀上對外顯示出磁效應。這一磁效應與外磁場方向相反，我們把它稱為“抗磁效應”。二.磁化強度與磁化電流1.磁化強度

為了反映磁化程度的強弱，引入“磁化強度矢量”磁化強度：磁介質中某一點處單位體積內分子磁矩的矢量和。單位：磁化強度是空間坐標的矢量函數。當磁化強度矢量為恒矢量時，磁介質被均勻磁化。注意:2.磁化電流

以長直螺線管為例：介質磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏觀效果是在介質橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流，這種電流稱為“磁化電流”（Is）。磁化電流與傳導電流的區(qū)別：磁化電流是分子電流規(guī)則排列的宏觀反映，并不伴隨電荷的定向運動，不產生熱效應。而傳導電流是由大量電荷作定向運動而形成的。磁化面電流密度：介質表面單位長度上的磁化電流磁化強度矢量：IslIs結論：磁化強度在數值上等于磁化電流面密度，它們之間的關系由右手螺旋法則確定。adcb結論：磁化強度沿閉合回路的環(huán)流，等于穿過回路所包圍面積的磁化電流。§12-3磁介質中的高斯定理安培環(huán)路定理一.磁介質中的磁場磁場強度磁介質在磁化后，由于外磁場和附加磁場都屬于渦旋場。因此，在有磁介質存在時，磁場中的高斯定理仍成立。1.有介質存在時的高斯定理2.有介質存在時的安培環(huán)路定理定義“磁場強度”存在磁介質時的安培環(huán)路定理：實驗指出：M=m

H系數m稱為“磁化率”結論：磁場強度沿任一閉合回路的環(huán)路積分，等于閉合回路所包圍并穿過的傳導電流的代數和（在形式上與磁介質中的磁化電流無關）。單位：令：稱為磁介質的“相對磁導率”令：

稱為磁導率（1）在真空中：（2）在順磁質中：（3）在抗磁質中：Iorr例1.

一半徑為R1的無限長圓柱形直導線，外面包一層半徑為R2，相對磁導率為r的圓筒形磁介質。通過導線的電流為I0。求磁介質內外磁場強度和磁感應強度的分布。解：R2R1§12-4鐵磁質7-8-4鐵磁質

鐵磁質是一種強磁質，磁化后的附加磁感應強度遠大于外磁場的磁感應強度，因此用途廣泛。鐵、鈷、鎳以及許多合金都屬于鐵磁質。1.磁滯回線aoHBBr-HsHsbcdefHcOa:

起始磁化曲線Hs:飽和磁場強度Br:剩余磁感應強度Hc:矯頑力鐵磁質的特點：能產生非常強的附加磁場B′甚至是外磁場的千百倍。而且與外場同方向。

B和H呈非線性關系，不是一個恒量。高值。磁滯現(xiàn)象，B的變化落后于H的變化。鐵磁質的分類：HB軟磁材料：磁滯回線細而窄，矯頑力小。磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場。如制造電機，變壓器等的鐵芯。硬磁材料：HB磁滯回線較寬，剩余磁感應強度和矯頑力都比較大。適合于制造永磁體HB矩磁材料：磁滯回線接近于矩形，剩余磁感應強度Br接近于飽和磁感應強度Bs。適合于制作記錄磁帶及計算機的記憶元件。2.磁疇鐵磁質內部相鄰原子的磁矩會在一個微小的區(qū)域內形成方向一致、排列非常整齊的“自發(fā)磁化區(qū)”，稱為磁疇。磁疇大?。?/p>