第十二章物質(zhì)的磁性

§12-1物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響一.磁介質(zhì)1.物質(zhì)的磁性

當(dāng)一塊介質(zhì)放在外磁場(chǎng)中將會(huì)與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生一種所謂的“磁化”現(xiàn)象，介質(zhì)中出現(xiàn)附加磁場(chǎng)。我們把這種在磁場(chǎng)作用下磁性發(fā)生變化的介質(zhì)稱為“磁介質(zhì)”。設(shè)：外場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0；介質(zhì)磁化后的附加磁場(chǎng)為B′磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度：相對(duì)磁導(dǎo)率：令：=0r稱為磁導(dǎo)率真空螺線管的磁場(chǎng)：介質(zhì)螺線管的磁場(chǎng)：二.三類磁介質(zhì)：（1）順磁性介質(zhì)：

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

＝0）：B＝0，磁介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)等于零（如超導(dǎo)體）。磁介質(zhì)種類種類溫度相對(duì)磁導(dǎo)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(zhì)的磁化一.分子磁矩順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化近代科學(xué)實(shí)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(yùn)動(dòng)，還存在自旋運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)都能產(chǎn)生磁效應(yīng)。把分子或原子看作一個(gè)整體，分子或原子中各電子對(duì)外產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和，可等效于一個(gè)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(zhì)特點(diǎn)：存在分子固有磁矩。無外磁場(chǎng)：外磁場(chǎng)中：-++-+-B+--+-+2.抗磁質(zhì)特點(diǎn)：分子固有磁矩等于零，因此不存在順磁效應(yīng)。+-+-結(jié)論：注意：

在抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)中都會(huì)存在抗磁效應(yīng)，只是抗磁效應(yīng)與順磁效應(yīng)相比較要小得多，因此在順磁質(zhì)中，抗磁效應(yīng)被順磁效應(yīng)所掩蓋。附加電子磁矩

的方向總是和外磁場(chǎng)方向相反。由于分子中每一個(gè)運(yùn)動(dòng)電子都要產(chǎn)生與外磁場(chǎng)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(zhì)中大量分子的附加磁矩在宏觀上對(duì)外顯示出磁效應(yīng)。這一磁效應(yīng)與外磁場(chǎng)方向相反，我們把它稱為“抗磁效應(yīng)”。二.磁化強(qiáng)度與磁化電流1.磁化強(qiáng)度

為了反映磁化程度的強(qiáng)弱，引入“磁化強(qiáng)度矢量”磁化強(qiáng)度：磁介質(zhì)中某一點(diǎn)處單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和。單位：磁化強(qiáng)度是空間坐標(biāo)的矢量函數(shù)。當(dāng)磁化強(qiáng)度矢量為恒矢量時(shí)，磁介質(zhì)被均勻磁化。注意:2.磁化電流

以長(zhǎng)直螺線管為例：介質(zhì)磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏觀效果是在介質(zhì)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生熱效應(yīng)。而傳導(dǎo)電流是由大量電荷作定向運(yùn)動(dòng)而形成的。磁化面電流密度：介質(zhì)表面單位長(zhǎng)度上的磁化電流磁化強(qiáng)度矢量：IslIs結(jié)論：磁化強(qiáng)度在數(shù)值上等于磁化電流面密度，它們之間的關(guān)系由右手螺旋法則確定。adcb結(jié)論：磁化強(qiáng)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?！?2-3磁介質(zhì)中的高斯定理安培環(huán)路定理一.磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度磁介質(zhì)在磁化后，由于外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)都屬于渦旋場(chǎng)。因此，在有磁介質(zhì)存在時(shí)，磁場(chǎng)中的高斯定理仍成立。1.有介質(zhì)存在時(shí)的高斯定理2.有介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理定義“磁場(chǎng)強(qiáng)度”存在磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理：實(shí)驗(yàn)指出：M=m

H系數(shù)m稱為“磁化率”結(jié)論：磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)電流的代數(shù)和（在形式上與磁介質(zhì)中的磁化電流無關(guān)）。單位：令：稱為磁介質(zhì)的“相對(duì)磁導(dǎo)率”令：

稱為磁導(dǎo)率（1）在真空中：（2）在順磁質(zhì)中：（3）在抗磁質(zhì)中：Iorr例1.

一半徑為R1的無限長(zhǎng)圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半徑為R2，相對(duì)磁導(dǎo)率為r的圓筒形磁介質(zhì)。通過導(dǎo)線的電流為I0。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。解：R2R1§12-4鐵磁質(zhì)7-8-4鐵磁質(zhì)

鐵磁質(zhì)是一種強(qiáng)磁質(zhì)，磁化后的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此用途廣泛。鐵、鈷、鎳以及許多合金都屬于鐵磁質(zhì)。1.磁滯回線aoHBBr-HsHsbcdefHcOa:

起始磁化曲線Hs:飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Br:剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc:矯頑力鐵磁質(zhì)的特點(diǎn)：能產(chǎn)生非常強(qiáng)的附加磁場(chǎng)B′甚至是外磁場(chǎng)的千百倍。而且與外場(chǎng)同方向。

B和H呈非線性關(guān)系，不是一個(gè)恒量。高值。磁滯現(xiàn)象，B的變化落后于H的變化。鐵磁質(zhì)的分類：HB軟磁材料：磁滯回線細(xì)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(chǎng)。如制造電機(jī)，變壓器等的鐵芯。硬磁材料：HB磁滯回線較寬，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度Br接近于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。適合于制作記錄磁帶及計(jì)算機(jī)的記憶元件。2.磁疇鐵磁質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的磁矩會(huì)在一個(gè)微小的區(qū)域內(nèi)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>