大學普通物理

第十四章

磁場中的磁介質

MediuminMagneticField本章主要內容§14-1

磁介質對磁場的影響§14-2

原子的磁矩§14-3

磁介質的磁化§14-4

的環(huán)路定理§14-5

鐵磁質第十四章磁場中的磁介質磁介質是所有實物物質的統(tǒng)稱。物質由帶電粒子（分子、原子）組成，原子中存在運動電荷，它們會受到磁場的作用。因此，磁場和磁介質會產生相互作用。磁場和磁介質的相互作用相似于電場和電介質的相互作用，研究方法也是類似的。電介質：極化束縛電荷極化強度電位移

磁介質：磁化束縛電流磁化強度磁場強度§14-1磁介質對磁場的影響

InfluenceofaMagneticMediumexertingonMagneticField

磁介質的分類如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等如氮、水、銅、銀、金、鉍等

磁介質對磁場的影響相對磁導率:

實驗發(fā)現：有、無磁介質的螺線管內磁感應強度

B

和

B0不相等，但它們的比值表征磁介質本身的性質。如鐵、鈷、鎳等強磁介質弱磁介質順磁質抗磁質鐵磁質

磁化電流與附加磁場磁化在宏觀上表現為：磁介質表面產生一種束縛在介質內部的等效電流——磁化（面）電流，或束縛（面）電流。

（附加磁場）（外磁場）總磁場：§14-2原子的磁矩

AtomicMagneticMoment總之，原子中每一個電子的運動（包括自旋）都產生一個磁矩，它的方向總是與電子的角動量反向。

原子中電子的磁矩軌道角動量電子繞原子核作圓周運動，等效于有圓電流，有磁矩：自旋磁矩自旋角動量軌道磁矩由原子組成的分子，其中所有的電子磁矩的矢量和構成了分子的固有磁矩。（電子和核的自旋磁矩可忽略）

分子固有磁矩正常情況下，固有磁矩為零的分子組成的物質就是抗磁質。固有磁矩不為零的分子組成的物質就是順磁質。鐵磁質是順磁質的一種特例。固有磁矩在外磁場中，會受到磁場的力矩作用：§14-3磁介質的磁化

MagnetizationofMagneticMedia

感生磁矩1.磁化的微觀機制在外磁場作用下，電子的軌道運動和自旋運動都會發(fā)生變化，變化的結果是這個電子在磁場的反方向產生一個附加磁矩

。（是物質本身抵抗被磁化的一種屬性）每個電子的附加磁矩的總和，就構成了分子在被磁化時的感生磁矩。感生磁矩的方向總是與磁場方向相反。不論是抗磁質還是順磁質，感生磁矩是普遍存在的。外磁場

感生磁矩

抗磁質的磁化抗磁質分子的固有磁矩等于零。無外磁場時：宏觀不顯磁性。有外磁場時：在外磁場作用下，產生感生磁矩。附加磁場分子感生磁矩在宏觀上形成束縛電流，它產生附加磁場。有序排列的分子磁矩，在宏觀上形成束縛電流，它產生附加磁場，

順磁質的磁化

固有磁矩外磁場附加磁場無外磁場時：分子固有磁矩無規(guī)則排列。宏觀上不顯磁性。有外磁場時：分子固有磁矩在磁場作用下向磁場方向偏轉。（無序

有序）順磁質分子的固有磁矩不為零。說明：

抗磁效應普遍存在。順磁質中也有，只是順磁質的磁化效應大于抗磁效應，宏觀就表現為順磁性。

鐵磁質的磁化機制類似于順磁質。鐵磁質中存在一種天然磁化單元——磁疇（在一個微觀較大的區(qū)域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁場的作用使磁疇的排列趨向于磁場方向，由于有序性很強，宏觀上表現強磁化。

磁化強度在磁介質中任取一宏觀小、微觀大的體積，設表示內所有分子磁矩（感生、固有）的矢量和，

則磁化強度定義為：

理論上可以證明：

束縛面電流密度與磁化強度的關系為：

實驗證明：

均勻、各向同性的弱磁介質被磁化時，有，或

磁化場強度的環(huán)流等于與回路相套的束縛電流的電流強度：§14-4H

的環(huán)路定理

CircuitalTheoremforH把安培環(huán)路定理應用到有磁介質的情況中，有引入磁場強度得的環(huán)路定理于是有定理：沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)路積分等于與該閉合路徑相套的自由電流的代數和。自由電流束縛電流對均勻、各向同性的磁介質：磁導率：í

磁場強度是一個輔助量，它本身無物理意義。與類似í

利用的環(huán)路定理可以在有對稱性的情況下，求出；進而求出的分布（均勻、各向同性介質）。[例1]計算均勻密繞、充滿磁導率為mr的均勻各向同性磁介質的環(huán)形螺線管內部的磁場強度、磁感應強度、介質的磁化強度和磁化面電流密度。已知傳到電流為I

，單位長度繞有線圈

n

匝。解：因介質充滿環(huán)體，磁場（和）的分布同無磁介質時相同。取與環(huán)同心的回路

L，利用的環(huán)路定理，有如果磁介質為順磁質，，如果磁介質為抗磁質，，表示；表示。利用，解得（方向如圖所示，的方向與相同）§14-5鐵磁質

FerromagneticMaterial軟磁材料小（純鐵、硅鋼、坡莫合金等）硬磁材料大（碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等）

鐵磁質的磁化特性—傳導電流飽和起始磁化

磁滯現象(B的變化總是落后H的變化的現象)—剩磁—矯頑力變壓器鐵芯磁記錄、永磁體S’SORCC’R’磁滯回線鐵磁質在交變磁場中被磁化時，由于內部分子（磁疇）的反復運動，引起鐵心發(fā)熱而帶來能量的損耗。它是由磁滯現象引起的。

居里點當