物質(zhì)的磁性修改

物質(zhì)的磁性修改第一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日本章教學(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(chǎng)的高斯定理和安培環(huán)路定理。

本章重點(diǎn)：磁場(chǎng)的高斯定理和安培環(huán)路定理，磁場(chǎng)的高斯定理和安培環(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)的特性返回目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

第二十一章磁介質(zhì)§21.1磁介質(zhì)及其磁化§21.3鐵磁質(zhì)返回總目錄§21.2磁介質(zhì)中的高斯定理與安培環(huán)路定理第三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

第二十一章

磁介質(zhì)

§21.1磁介質(zhì)及其磁化磁介質(zhì)：一切實(shí)物物質(zhì)，在磁場(chǎng)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(guò)來(lái)影響原來(lái)的磁場(chǎng)。凡是有這種特性的物質(zhì)都叫磁介質(zhì)。返回本章目錄下一頁(yè)第四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日磁介質(zhì)內(nèi)部：定義介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率：三種不同的磁介質(zhì)：返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無(wú)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?cè)诖艌?chǎng)中的性質(zhì)。磁介質(zhì)第五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日順磁質(zhì)，抗磁質(zhì)都稱為弱磁質(zhì)返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日分子的固有磁矩，返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)抗磁質(zhì)順磁質(zhì)§21.1.2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化第七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理*電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)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(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)。

可以證明：不論電子原來(lái)的磁矩與磁場(chǎng)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的方向永遠(yuǎn)與B0

的方向相反。進(jìn)動(dòng)方向一致!進(jìn)動(dòng)第九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

順磁質(zhì)，即在作用下轉(zhuǎn)向方向，使得與同向。

抗磁質(zhì)，但進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生，與反向，使得與反向。

分析（b）（c）兩圖有：分子中各個(gè)電子因進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的附加磁矩總與的方向相反。順磁質(zhì)抗磁質(zhì)返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2010年首個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)+搞笑諾貝爾獎(jiǎng)雙料得主誕生——荷蘭科學(xué)家AndreGeim。

十年前他因磁懸浮青蛙獲得搞笑諾貝爾獎(jiǎng)。

十年后他因石墨烯（graphene）的結(jié)構(gòu)獲諾貝爾獎(jiǎng)。青蛙屬于抗磁質(zhì)。當(dāng)青蛙被放到磁場(chǎng)中，青蛙的每個(gè)原子都像一個(gè)小磁針，外界磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)，就有可能使人懸浮起來(lái)。第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日磁化強(qiáng)度（與電極化強(qiáng)度定義類似。）4、磁化強(qiáng)度順磁質(zhì)的磁化強(qiáng)度方向與外磁場(chǎng)方向相同，方向與外磁場(chǎng)方向相反?？勾刨|(zhì)的磁化強(qiáng)度單位：（安/米)

?0B(a)順磁質(zhì)?0B(b)抗磁質(zhì)反映磁介質(zhì)磁化程度(大小與方向)的物理量。第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日5.磁化電流

對(duì)于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部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。58磁化電流的產(chǎn)生2ok.swf第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長(zhǎng)度上的磁化電流為jm

（磁化面電流密度），則長(zhǎng)為l的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度Im為

取一長(zhǎng)方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長(zhǎng)度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過(guò)回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。IImlABCD對(duì)比第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日，故對(duì)總磁場(chǎng)有

§21-2磁介質(zhì)中的高斯定理與安培環(huán)路定理21-2-1磁介質(zhì)中的高斯定理第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)磁介質(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí)§21-2-2有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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(chǎng)強(qiáng)度成正比。

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)。對(duì)比第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日

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

=0r對(duì)比21-2-3磁化強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系各向同性的介質(zhì)第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日I

例有兩個(gè)半徑分別為和的“無(wú)限長(zhǎng)”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時(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.解對(duì)稱性分析I第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日同理可求II第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、實(shí)驗(yàn)（略）3.磁化曲線(a)(b)(c)§21-3鐵磁質(zhì)一、鐵磁質(zhì)的特性1.特性（1）由于磁化，鐵磁質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)比無(wú)鐵磁質(zhì)時(shí)增大百倍至千倍以上。（2）不是恒量。即與不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。（3）磁化場(chǎng)撤除后，鐵磁質(zhì)內(nèi)仍得到一定的磁性。返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.磁滯回線(a)B—H磁滯回線(b)M—H磁滯回線5.磁滯損耗磁滯伸縮居里點(diǎn)返回本章目錄下一頁(yè)上一頁(yè)第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日?qǐng)D無(wú)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)(a)(b)(c)(d)1、“磁疇”理論二、鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

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(lái)，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。3.磁疇

在沒(méi)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無(wú)限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。第二十四頁(yè)，共二十五頁(yè)，編輯于2023年，星期日無(wú)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)(a)(b)(c)(d)

在外磁場(chǎng)作用下，磁矩與外磁場(chǎng)同方向排列時(shí)的磁能將低于磁矩與外磁反向