物理下 第十一章 磁介質(zhì)

物理下第十一章磁介質(zhì)2023/4/22第1頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六原子中電子參與的兩種運(yùn)動(dòng)：

自旋——自旋磁矩繞核的軌道運(yùn)動(dòng)——軌道磁矩磁介質(zhì)的磁化分子電流和分子磁矩在外磁場(chǎng)中的行為固有分子磁矩分子電流向磁場(chǎng)方向偏轉(zhuǎn)，且按統(tǒng)計(jì)規(guī)律取向(順磁)分子磁矩在外磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生變化產(chǎn)生附加磁矩(抗磁)。2023/4/22第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六——電子的拉莫進(jìn)動(dòng)電子磁矩受到磁力矩角動(dòng)量定理1)繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)附加一磁矩與外場(chǎng)反向。2)感應(yīng)磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和?！勾判酝獯艌?chǎng)與磁介質(zhì)相互作用，使其處于特殊狀態(tài)能產(chǎn)生新的磁矩，或者說(shuō)附加的磁場(chǎng),這過(guò)程為磁化。2023/4/22第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六無(wú)外磁場(chǎng)順磁質(zhì)的磁化有外磁場(chǎng)順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)2023/4/22第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六無(wú)外磁場(chǎng)抗磁質(zhì)的磁化有外磁場(chǎng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)2023/4/22第5頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、磁化強(qiáng)度(magnetization)

M是描述磁介質(zhì)的宏觀量。與介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。單位：安培/米(A/m)順磁質(zhì)M與B0

同向抗磁質(zhì)M與B0反向磁化的宏觀效果：

在介質(zhì)表面或內(nèi)部出現(xiàn)宏觀電流，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)。2023/4/22第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

磁化面電流Is——在均勻外磁場(chǎng)中，各向同性均勻的磁介質(zhì)被磁化，沿著柱面流動(dòng)未被抵消的分子電流。（也稱(chēng)為束縛面電流）磁化面電流密度jS

——在垂直于電流流動(dòng)方向上單位長(zhǎng)度的分子面電流。若長(zhǎng)l介質(zhì)表面IS，則其線密度為設(shè)介質(zhì)的截面積

S，則有：jS與M的關(guān)系2023/4/22第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六磁化強(qiáng)度的環(huán)流普遍情況下可以證明磁化電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。電介質(zhì)有以充滿(mǎn)介質(zhì)的螺旋管為例，選如圖回路，求環(huán)流磁化強(qiáng)度磁化電流2023/4/22第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、有介質(zhì)時(shí)的高斯定理和安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的高斯定理磁力線無(wú)頭無(wú)尾。穿過(guò)任何一閉合曲面的磁通量為零。S磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理傳導(dǎo)電流束縛電流有磁介質(zhì)的總場(chǎng)2023/4/22第9頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六定義磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

——沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位：安培/米(A/m)

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之間的關(guān)系r——相對(duì)磁導(dǎo)率——磁導(dǎo)率

均為純數(shù)或張量，描述磁介質(zhì)特性的物理。各向同性實(shí)驗(yàn)證明：m—磁化率2023/4/22第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

的關(guān)系：

的關(guān)系2023/4/22第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++順磁質(zhì)抗磁質(zhì)++++++++++++2023/4/22第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六++++++++++++++++++++++++++++++++++++l2023/4/22第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例1、長(zhǎng)直電纜由半徑為R和R0的兩金屬圓柱筒組成，筒間充滿(mǎn)均勻順磁介質(zhì)，電流從內(nèi)芯流過(guò)再沿外壁流回。求介質(zhì)中磁場(chǎng)分布及介質(zhì)表面的束縛電流。++++++++++++++++++2023/4/22第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六方向沿圓的切線方向解：方向與B相同(順磁質(zhì))方向垂直向外即與軸平行向上2023/4/22第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六磁介質(zhì)內(nèi)表面的總束縛電流：同理外表面方向垂直向里即與軸平行向下2023/4/22第17頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例2、細(xì)螺繞環(huán)中心周長(zhǎng)為10cm，環(huán)上均勻密繞線圈200匝，電流為0.1A.（1）若管內(nèi)充滿(mǎn)r=4200的磁介質(zhì)，求管內(nèi)的B與H。（2）求磁介質(zhì)內(nèi)由導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和由磁化電流產(chǎn)生的B的大小。傳導(dǎo)電流產(chǎn)生B:解：磁化電流產(chǎn)生B:2023/4/22第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六例3、均勻面電流沿?zé)o限大導(dǎo)體薄片流動(dòng)i，面上方為真空，下方充滿(mǎn)磁導(dǎo)率為的均勻無(wú)限大抗磁質(zhì)。試求真空和介質(zhì)中的H和B，并計(jì)算與導(dǎo)體相鄰的介質(zhì)表面層的磁化面電流密度i。i傳導(dǎo)電流jsijS×磁化電流H1H2解：1）Mn2023/4/22第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六（2）js與i反向2023/4/22第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六裝置：環(huán)形螺繞環(huán);鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化實(shí)驗(yàn)測(cè)量B,如用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)量或用小線圈在縫口處測(cè)量；由得出曲線1)鐵磁質(zhì)的不一定是個(gè)常數(shù)，它是的函數(shù).四、鐵磁質(zhì)原理:勵(lì)磁電流I;

用安培定理得H2023/4/22第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

2)磁滯回線矯頑力

B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)磁滯.O磁滯回線當(dāng)H=0，但,而是仍有一定的數(shù)值，叫做剩余磁感強(qiáng)度（剩磁）2023/4/22第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六鐵磁性材料類(lèi)別：O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.2023/4/22第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*

磁疇(magneticdomain)：原子間電子交換耦合作用很強(qiáng)，促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇－－自發(fā)的磁化區(qū)域。磁疇的線度約10-4m。鐵磁性主要來(lái)源于電子的自旋磁矩。鐵磁質(zhì)磁化的機(jī)制在無(wú)外磁場(chǎng)的作用下磁疇取向平均抵消，能量最低，不顯磁性。無(wú)外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)2023/4/22第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六*磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測(cè)在外磁場(chǎng)較弱時(shí)，自發(fā)磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同或相近的那些磁疇逐漸增大（疇壁位移），在外磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，磁疇自發(fā)磁化方向作為一個(gè)整體，不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。有外磁場(chǎng)當(dāng)全部磁疇都沿外磁場(chǎng)方向時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和磁化強(qiáng)度MS等于每個(gè)磁疇中原來(lái)的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性r大的原因。2023/4/22第25頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六磁滯(hysteresis)

現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場(chǎng)時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來(lái)的形狀，而表現(xiàn)出來(lái)。磁滯伸縮(magnetostriction)

是因磁疇在外磁場(chǎng)中的取向，改變了晶格間距而引起的。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列；在臨界溫度（相變溫度T