湖北大学：《大学物理》第十二章 磁介质

第十二章磁介质 物质放在电场中→电场作用→被极化;反过来, 影响电场的分布。~电介质 研究了电介质的极化机制、极化规律以及在电介质 中电场的分布。 物质放在磁场中→磁场作用→被磁化;反过来 影响磁场的分布。~磁介质 采用研究电介质相同的思路来研究磁介质 E:束缚(极化)电荷:电极化强度→电位移矢量 →有电介质的高斯定理 B:束缚(极化)电流;磁化强度→磁场强度→有 磁介质的安培环路定理

第十二章 磁介质 • 物质放在电场中→电场作用→被极化；反过来，→ 影响电场的分布。～电介质 研究了电介质的极化机制、极化规律以及在电介质 中电场的分布。 • 物质放在磁场中→磁场作用→被磁化；反过来，→ 影响磁场的分布。～磁介质 采用研究电介质相同的思路来研究磁介质。 E : 束缚(极化)电荷；电极化强度→电位移矢量 →有电介质的高斯定理 B: 束缚(极化)电流；磁化强度→磁场强度→有 磁介质的安培环路定理

主要内容:研究磁场与磁介质的相互作用。涉及到以 下概念和定理:磁介质、磁化强度、磁场强度、磁场 中的安培环路定理、铁磁质。 §12l磁介质磁化强度 磁介质 ①定义:在磁场作用下能发生变化:并能反过来影响 磁场的媒质。~磁介质 磁化:磁介质在外磁场作用下发生的变化 即,原来介质没有磁性的变为有磁性 磁化的产生了束缚磁化、分布)电流;其并不 原因:伴随着带电粒子作宏观位移

•主要内容：研究磁场与磁介质的相互作用。涉及到以 下概念和定理：磁介质、磁化强度、磁场强度、磁场 中的安培环路定理、铁磁质。 §12-l 磁介质 磁化强度 一、磁介质 ①定义：在磁场作用下能发生变化；并能反过来影响 磁场的媒质。～磁介质 磁化：磁介质在外磁场作用下发生的变化。 即，原来介质没有磁性的变为有磁性。 磁化的 原因： 产生了束缚(磁化、分布)电流；其并不 伴随着带电粒子作宏观位移

②有磁介质存在时的总磁场 没有磁介质(即真空)存在时的磁场为B~传导电 流产生的 磁介质放入磁场中被磁化后产生的磁场为B′~磁 化电流产生的附加场。 有磁介质后的总场:B=B+B′~包括介质内外 ③分类: 以长直螺线管为例:真空:B0=p0n 若管内充满均匀磁介质时的总场为B 磁介质在均匀磁场中被磁化产生的附加场也是均匀场

②有磁介质存在时的总磁场 有磁介质后的总场： 没有磁介质(即真空)存在时的磁场为 ～传导电 流产生的。 B0 磁介质放入磁场中被磁化后产生的磁场为 ～磁 化电流产生的附加场。 B B B B 0 = +  ～包括介质内外 ③分类： 以长直螺线管为例： 真空： B nI 0 0 =  若管内充满均匀磁介质时的总场为 B 磁介质在均匀磁场中被磁化产生的附加场也是均匀场

DOOOOOOOOOOOX 充有磁介质,有三 B种情况,分成三类: I②∞ OO (1)B>B 已此种磁介质 称为顺磁质 I∞∞∞∞Q 弱磁质 ●0o (2)BB6一强磁质 铁及环合一B此种磁介质称为铁 磁质或强顺磁质 I XXXXx

• • • • • • • • • • • • • •               R I • • • • • • • • • • • • • •               R I • • • • • • • • • • • • • •               R I • • • • • • • • • • • • • •               R I 磁介质 锰、铬、氮气---- 银、铜、氢…. 铁、钴、镍及其合金 充有磁介质，有三 种情况，分成三类： 此种磁介质 称为顺磁质 此种磁介质 称为抗磁质 此种磁介质称为铁 磁质或强顺磁质 B ( ) 0 1 B B  B B B ( ) 0 2 B B  ( ) 0 3 B B  强磁质  弱磁质

二、弱磁质磁化的微观机制 ①电子磁矩和分子磁矩 分子由原子组成; 原子核 电子的自旋 原子飞电子环绕原子核的高越象 个电子电流环一磁矩 定义:电子轨道磁矩为电子磁矩m2 分子中所有电子(~不是自由电子)电流环的对外 生磁效应的总效果等效为一个电流环~分子电流 分子(固有)磁矩:m=∑m

二、弱磁质磁化的微观机制 ①电子磁矩和分子磁矩 分子由原子组成； 电子的自旋 环绕原子核的高速旋转  原子核 电子→  原子  −e i v e me n e 一个电子电流环 磁矩 定义：电子轨道磁矩为电子磁矩 me 分子中所有电子(～不是自由电子)电流环的对外产 生磁效应的总效果等效为一个电流环～分子电流 分子(固有)磁矩： m m = e r

②分子磁矩与电子角速度的关系 分子磁矩::m=Sen 由于电子带负电,∴m∥-匝 旋转周期:T、2nr2丌 电子绕核 电子电流 eo 环的电流:1= T2丌 2 m=iSe =irr en 当F= const. 2 er m=∑m=∑ e △m2 △ 2

②分子磁矩与电子角速度的关系 分子磁矩： m ISe = n  −e i v e me n e r // 由于电子带负电，  − m e 电子绕核 旋转周期： 2 2 e r T v    = = 电子电流 环的电流： 2 e e e i T   = − = − 2 2 2 e n n e er  = = = − m iSe i r e   2 2 e e er m m = = −    当 r const = . 2 2 e e er  = −  m 

③弱磁质磁化的微观机制 A)顺磁质:每个分子的分子磁矩m≠0 ~类似电介质中:有极分子 无外磁场:∑m=0宏观上,不呈磁性:; M=m×B m∥B B0B'∥B B 有外磁场:各m受磁力矩M=mxB作用,2 B=B+B顺磁质内:B=B+B

③弱磁质磁化的微观机制 B0 A）顺磁质:每个分子的分子磁矩 m  0 无外磁场： m = 0 M m B =  m B0 m ～类似电介质中：有极分子 宏观上，不呈磁性； 有外磁场：各 m 受磁力矩 M m B =  作用， 0 m B// 0 B B // B B B0 = + B B B0 顺磁质内： = +

B)抗磁质:每个分子的分子磁矩m=0 类似电介质中:无极分子 无外磁场:∑m=0宏观上,不呈磁性 有外磁场:各m=0, 由于电子受指向核的 洛仑兹力f作用,使 电子的。增大,产 m≠0 生附加分子磁矩△m 与B.反向 B∥-B B=B′+Bn抗磁质内:B=B0-B

B）抗磁质:每个分子的分子磁矩 m = 0 无外磁场： m = 0 ～类似电介质中：无极分子 宏观上，不呈磁性； 0 B B //− B B B0 = + B B B 0 抗磁质内： = −  B0 m  0 有外磁场：各 ， 由于电子受指向核的 洛仑兹力 作用，使 电子的 增大，产 生附加分子磁矩 与 反向 m = 0 e m B0 e f

总结:介质磁化的过程如下 顺磁质 抗磁质 m≠0 m=0 在外场中m>△m 在外场中△m≠0 m取向与B。一致 △m取向与B反向 B|=|B+B1>| B。+B1≤|D0 说明:均匀介质在磁化时,要出现磁化面电流。 长螺线管的磁场 11R

总结：介质磁化的过程如下： 在外场中 在外场中 顺磁质 抗磁质 说明：均匀介质在磁化时，要出现磁化面电流。 s I L R m  0 m = 0 m m     m 0 m B 取向与 0 一致 0 0 B B B B = + ' m B 取向与 0 反向 0 0 B B B B = + 

介质表面出现磁化电流 顺磁质 抗磁质 VYVVVVVVVY 个个个个个个个 B B 0 B R Bn 0 y

介质表面出现磁化电流 B 0  s I L S •B0  s I 顺磁质 B 0  s I L S •B0  s I 抗磁质