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第九章磁介質(zhì)上一章我們討論了真空中磁場(chǎng)，本章研究有磁性物質(zhì)（磁介質(zhì)）存在時(shí)對(duì)磁場(chǎng)影響。磁介質(zhì)磁化理論模型：分子電流觀點(diǎn)。名句賞析舊時(shí)王謝堂前燕，飛入尋常百姓家。1/43

內(nèi)容提要磁化理論介紹磁化強(qiáng)度矢量磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量和有磁介質(zhì)時(shí)安培環(huán)路定理磁介質(zhì)內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度鐵磁質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和磁化規(guī)律2/43第一節(jié)磁介質(zhì)磁化真空中比較：電介質(zhì)一磁介質(zhì)分類電介質(zhì)中電介質(zhì)介質(zhì)中場(chǎng)極化電荷3/43磁介質(zhì)真空中磁介質(zhì)類似電介質(zhì)，因磁化產(chǎn)生一附加磁場(chǎng)。介質(zhì)中場(chǎng)磁介質(zhì)4/43依據(jù)大小和方向，磁介質(zhì)分為三種：1順磁質(zhì)2抗磁質(zhì)3鐵磁質(zhì)如銅等如錳等如鐵，鈷，鎳及其合金等5/43二順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化機(jī)理1順磁質(zhì)磁化機(jī)理電子軌道運(yùn)動(dòng)相當(dāng)一電流環(huán)，從而有一定磁矩，稱為軌道磁矩。與電子自旋運(yùn)動(dòng)相聯(lián)絡(luò)還有一定自旋磁矩。在順磁質(zhì)物質(zhì)中各電子磁矩不完全抵消，整個(gè)分子有一定固有磁矩。但因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)結(jié)果，分子固有磁矩?zé)o序排列，使順磁分子組成物質(zhì)對(duì)外無磁性。

順磁質(zhì)磁化機(jī)理：解釋順磁質(zhì)磁場(chǎng)何以形成。6/43演示046順磁質(zhì)磁化機(jī)理電子

順磁質(zhì)分子固有磁矩由分子微觀電流形成固有磁矩。

分子磁矩沿外場(chǎng)排列在外場(chǎng)中，磁矩趨向外場(chǎng)方向。

分子磁矩沿外場(chǎng)排列無外場(chǎng)時(shí)順磁質(zhì)內(nèi)部分子磁矩磁質(zhì)內(nèi)部分子磁矩雜亂無章地排列，整塊介質(zhì)對(duì)外不顯示磁性。無外場(chǎng)時(shí)順

分子磁矩沿外場(chǎng)排列無外場(chǎng)時(shí)順磁質(zhì)內(nèi)部分子磁矩橫斷面圖分子電流在外場(chǎng)中，磁矩趨向外場(chǎng)方向。在外場(chǎng)中全部分子磁矩趨向外場(chǎng)方向。

分子磁矩沿外場(chǎng)排列無外場(chǎng)時(shí)順磁質(zhì)內(nèi)部分子磁矩橫斷面圖分子電流在外場(chǎng)中，磁矩趨向外場(chǎng)方向。表面磁化電流由分子電流共同作用結(jié)果，使介質(zhì)表面形成一面電流（束縛電流），該電流產(chǎn)生一附加場(chǎng)與同向磁介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)7/43無外磁場(chǎng)時(shí)，因?yàn)榉肿訜徇\(yùn)動(dòng)，各分子磁矩趨向無規(guī)則排列。在外磁場(chǎng)中，每個(gè)分子磁矩受到一個(gè)力矩，它力圖使分子磁矩轉(zhuǎn)到外場(chǎng)方向上去，結(jié)果，各分子磁矩在一定程度沿外場(chǎng)排列起來，由分子電流形成分子磁矩趨向外場(chǎng)排列，這就是順磁效應(yīng)起源。由分子電流等效表面束縛電流形成附加磁場(chǎng)。熱運(yùn)動(dòng)是對(duì)磁矩排列起干擾作用，所以溫度越高，順磁效應(yīng)越弱。綜上所表示8/43科學(xué)家安培主要貢獻(xiàn)：發(fā)覺電流和磁場(chǎng)關(guān)系9/432抗磁質(zhì)磁化機(jī)理在抗磁性物質(zhì)中，每個(gè)分子在整體上無固有磁矩，這是因?yàn)槠渲懈鱾€(gè)電子原有磁矩方向不一樣，相互抵消了。在加入了外場(chǎng)后，每個(gè)電子感生磁矩卻都與外場(chǎng)方向相反，整個(gè)分子內(nèi)將產(chǎn)生與外磁場(chǎng)相反感生磁矩。這便是抗磁效應(yīng)起源。10/43解釋以下電子電子核核等效一無固有磁矩分子外磁場(chǎng)為簡(jiǎn)單起見，設(shè)外磁場(chǎng)與電子軌道平面垂直。因?yàn)槁鍋銎澚ψ饔?，二電子速度改變，產(chǎn)生感生電流，此電流產(chǎn)生一與外場(chǎng)相反附加磁場(chǎng)。11/43演示048抗磁質(zhì)分子模型，固有磁矩為零外場(chǎng)感應(yīng)電流感應(yīng)電流附加磁矩抗磁質(zhì)分子模型，固有磁矩為零外場(chǎng)感應(yīng)電流感應(yīng)電流附加磁矩抗磁質(zhì)附加磁矩抗磁性的形成機(jī)理磁化電流12/43小磁體超導(dǎo)體（抗磁體）超導(dǎo)磁懸浮13/43超導(dǎo)磁懸浮超導(dǎo)體環(huán)（抗磁性）小磁體14/4315/43日本磁懸浮列車16/43三磁化強(qiáng)度矢量為了描述磁介質(zhì)磁化狀態(tài)（磁化方向和磁化程度），引入磁化強(qiáng)度概念。比較電介質(zhì)為體元內(nèi)一分子電矩。磁介質(zhì)為體元內(nèi)一分子磁矩。四磁化強(qiáng)度矢量與磁化面電流磁介質(zhì)設(shè)介質(zhì)均勻磁化。單位長度內(nèi)磁化電流磁矩為17/43第二節(jié)磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度一磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理以充滿順磁質(zhì)長直螺線管為例考慮對(duì)回路積分令則傳導(dǎo)電流磁化電流回路18/43磁場(chǎng)強(qiáng)度。結(jié)論：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任何回路線積分等于穿過該回路全部傳導(dǎo)電流代數(shù)和。試驗(yàn)證實(shí)，二磁化率，與磁介質(zhì)性質(zhì)相關(guān)。三幾個(gè)主要關(guān)系式相對(duì)磁導(dǎo)率19/43真空中順磁質(zhì)抗磁質(zhì)無介質(zhì)時(shí)有介質(zhì)時(shí)有介質(zhì)時(shí)為傳導(dǎo)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)。單位長度內(nèi)磁化電流20/43電介質(zhì)與磁介質(zhì)比較電介質(zhì)磁介質(zhì)介電常數(shù)磁導(dǎo)率21/43金屬圓柱體解：據(jù)場(chǎng)對(duì)稱性，可應(yīng)用安環(huán)定律求解。例9—1二分之一徑為長金屬圓柱體，電流為，外包一層磁介質(zhì)，如圖示，求分布。選擇適當(dāng)閉合回路?；?2/43金屬圓柱體注意：解法略。23/43解：例9—2磁介質(zhì)存在時(shí)螺線管內(nèi)磁場(chǎng)相關(guān)量。磁介質(zhì)24/43例9—3如圖，螺繞環(huán)，已知求磁介質(zhì)解或先求，再求mr25/43第三節(jié)鐵磁質(zhì)一磁化曲線試驗(yàn)證實(shí)，起始磁化曲線磁飽和曲線解釋：不在是線性關(guān)系二磁滯回線26/43演示053磁滯回線初時(shí)磁化曲線磁飽合不可逆性剩磁矯頑力磁滯回線27/43演示054磁疇該疇場(chǎng)磁疇模型。該疇場(chǎng)當(dāng)外場(chǎng)小時(shí)，疇壁移動(dòng)，各疇場(chǎng)向外場(chǎng)靠攏。該疇場(chǎng)外場(chǎng)較大時(shí)，各疇體積改變。磁介質(zhì)附加場(chǎng)外場(chǎng)大時(shí)，鐵磁質(zhì)場(chǎng)與外場(chǎng)一至，到達(dá)磁飽合。介質(zhì)內(nèi)場(chǎng)為介質(zhì)內(nèi)場(chǎng)為介質(zhì)內(nèi)場(chǎng)為剩磁形成去掉外場(chǎng)時(shí)剩磁28/43軟鐵中的磁疇29/43磁疇在掃描電鏡下觀察30/43居里溫度：鐵磁質(zhì)有一臨界溫度，稱為居里點(diǎn)。當(dāng)溫度高于居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)變成順磁質(zhì)。硬磁材料：和大鐵磁質(zhì)。通慣用做永磁鐵。軟磁材料：小鐵磁質(zhì)。磁滯回線狹長，如帶魚狀。***應(yīng)用（略)31/4332/43畢竟西湖六月中，風(fēng)光不與四月同。接天蓮葉無窮碧，映日荷花別樣紅。下一章返回33/431、若要使半徑為410－3m裸銅線表面磁感應(yīng)強(qiáng)度為7.010－5T，則銅線中需要經(jīng)過電流為（）（其中）（A）0.14A（B）1.4A（C）14A（D）2.8A2、如圖所表示，兩根直導(dǎo)線ab和cd沿半徑方向被接到一個(gè)截面處處相等鐵環(huán)上，穩(wěn)恒電流I從a端流入而從d端流出，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿閉合路徑L積分等于（）（A）（B）（C）（D）3、如圖所表示，流出紙面電流為2I，流進(jìn)紙面電流為I，則下述各式正確是（）（A）（B）（C）（D）34/434、一電量為q粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，以下說法正確是（）（A）只要速度大小相同，粒子所受洛侖茲力就相同（B）在速度不變前提下，若電荷q變?yōu)?q，則粒子受力方向相反，數(shù)值不變（C）粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后，其動(dòng)能和動(dòng)量不變（D）洛侖茲力與速度方向垂直，所以帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡必定是圓5、如圖所表示，一電量為+q、質(zhì)量為m質(zhì)點(diǎn)，以速度v沿x軸射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B均勻磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，其范圍從x=0延伸到無窮遠(yuǎn)。假如質(zhì)點(diǎn)在x=0和y=0處進(jìn)入磁場(chǎng)，則它將以速度-v從磁場(chǎng)中某一點(diǎn)出來，這點(diǎn)坐標(biāo)是x=0和（）（A）（B）（C）（D）35/436、按玻爾氫原子理論，電子在以質(zhì)子為中心，半徑為r圓形軌道上運(yùn)動(dòng)，假如把這么一個(gè)原子放在均勻外磁場(chǎng)中，使電子軌道平面與B垂直，如圖所表示，在r不變情況下，電子軌道運(yùn)動(dòng)角速度將（）（A）增加（B）減?。–）不變（D）改變方向7、把輕正方形線圈用細(xì)線掛在載流直導(dǎo)線AB附近，二者在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線AB固定，線圈能夠活動(dòng)，當(dāng)正方形線圈通以如圖所表示電流時(shí)，線圈將（）（A）不動(dòng)（B）靠近導(dǎo)線AB（C）離開導(dǎo)線AB（D）發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)靠近導(dǎo)線AB（E）發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)離導(dǎo)線AB8、關(guān)于穩(wěn)恒磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H以下幾個(gè)說法中正確是（）（A）H僅與傳導(dǎo)電流相關(guān)（B）若閉合曲線沒有包圍傳導(dǎo)電流，則曲線上各點(diǎn)H比為零（C）若閉合曲線上各點(diǎn)H均為零，則該曲線所包圍傳導(dǎo)電流代數(shù)和為零（D）以閉合曲線L為邊緣任意曲面H通量均相等36/439、若一平面載流線圈在磁場(chǎng)中既不受力，也不受力矩作用，這說明（）（A）該磁場(chǎng)一定均勻，且線圈磁矩方向一定與磁場(chǎng)方向平行（B）該磁場(chǎng)一定不均勻，且線圈磁矩方向一定與磁場(chǎng)方向平行（C）該磁場(chǎng)一定均勻，且線圈磁矩方向一定與磁場(chǎng)方向垂直（D）該磁場(chǎng)一定不均勻，且線圈磁矩方向一定與磁場(chǎng)方向平行10、如圖所表示，一圓柱形鐵棒被均勻磁化，磁化強(qiáng)度為M。求棒內(nèi)軸線上一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H。37/43II無限長直載流螺線管內(nèi)磁場(chǎng)。解：解題分析。內(nèi)部均勻磁場(chǎng)內(nèi)部磁力線38/43無限長載流薄金屬片例8—9求無限長載流薄片對(duì)載流長導(dǎo)線作用力（單位長度內(nèi)）。39/43例8—15求無限大載流薄片外一點(diǎn)磁場(chǎng)。單位寬度內(nèi)電流解：解題分析。回路40/43例、二分之一徑為R1金屬球，球外有一同心金屬球殼，如圖所表示，求：（1）電荷分布及電場(chǎng)能量（2）若把球心和球殼中心偏離，求球殼外場(chǎng)強(qiáng)，球殼電勢(shì)及殼外電場(chǎng)能量（3）若把球和球殼用金屬線相連，球電荷分布及電場(chǎng)能量（4）若二者不用導(dǎo)線相連，而使球殼接地，求電荷分布及電場(chǎng)能量41/43例7---4一不帶電金屬球外有一點(diǎn)電荷，如圖示，求球心場(chǎng)強(qiáng)