《电磁学》课程教学资源（第二版，PPT课件讲稿）第八章 物质中的磁场

第八章物质中的磁场 研究问题:磁介质的磁化规律及微观机制,介质中的磁场方程 教学要求: 在分子电流的观念下,掌握磁介质的磁化规律和磁化的微观机 制,了解磁场和物质之间的相互影响和相互作用; 掌握介质中磁场的基本方程,明确其物理意义,能够熟练计算 某些条件下磁介质中磁感应强度的分布,并求解磁化电流; 能够应用边界条件,磁路定理和磁场能量等概念对相关问题进 行计算

第八章 物质中的磁场 • 研究问题：磁介质的磁化规律及微观机制，介质中的磁场方程。 • 教学要求： •在分子电流的观念下，掌握磁介质的磁化规律和磁化的微观机 制，了解磁场和物质之间的相互影响和相互作用； •掌握介质中磁场的基本方程，明确其物理意义，能够熟练计算 某些条件下磁介质中磁感应强度的分布，并求解磁化电流； •能够应用边界条件，磁路定理和磁场能量等概念对相关问题进 行计算

第八章物质中的礅场 §8.1顺磁性和抗磁性 §8.2磁化强度和磁化电流 §8.3介质中的磁场 §8.4磁场强度介质中磁场的基本方程式 §8.5铁磁性 §8.6超导体及其基本电磁学性质 §8.7介质中电磁场的方程组

第八章 物质中的磁场 • §8. 1 顺磁性和抗磁性 • §8. 2 磁化强度和磁化电流 • §8. 3 介质中的磁场 • §8. 4 磁场强度 介质中磁场的基本方程式 • §8. 5 铁磁性 • §8. 6 超导体及其基本电磁学性质 • §8. 7 介质中电磁场的方程组

顺磁性和抗磁性 非铁磁性物质 ■原子中的电流电子的磁矩 顺磁性的起源 抗磁性的起源 思考题和计算题

顺磁性和抗磁性 • 非铁磁性物质 • 原子中的电流 电子的磁矩 • 顺磁性的起源 • 抗磁性的起源 • 思考题和计算题

非铁磁性物质 介质的磁化现象: 介质放进磁场中,一定发生某种变化,称为介质的磁化,磁 化后的介质改变原来的磁场(类似于电介质的极化)。铁磁 性介质磁化显著,非磁性物质磁化不明显。 实验研究: 根据磁性物质样品在磁场中受力位移情况,判断非均匀磁场 对磁性物质作用力的大小和方向 强磁性物质:铁、钴、镍等铁磁性物质,在磁场中受到强烈作用 弱磁性物质:在磁场中受到微弱的吸引或排斥 克铁和一克铝在相同状况下所受到的力相差105倍

非铁磁性物质 • 介质的磁化现象： – 介质放进磁场中，一定发生某种变化，称为介质的磁化，磁 化后的介质改变原来的磁场（类似于电介质的极化）。铁磁 性介质磁化显著，非磁性物质磁化不明显。 • 实验研究： – 根据磁性物质样品在磁场中受力位移情况，判断非均匀磁场 对磁性物质作用力的大小和方向。 强磁性物质：铁、钴、镍等铁磁性物质，在磁场中受到强烈作用 弱磁性物质：在磁场中受到微弱的吸引或排斥。 一克铁和一克铝在相同状况下所受到的力相差105倍

非铁礅性物质 两类磁性物质 被吸引至磁场较强区域的物质称为顺磁性物质。 例如:铝、钠、氯化铜等; 被斥离磁场较强区域的物质称为抗磁性物质 例如:铋、铜、氯化钠等

非铁磁性物质 • 两类磁性物质 – 被吸引至磁场较强区域的物质称为顺磁性物质。 例如：铝、钠、氯化铜等； – 被斥离磁场较强区域的物质称为抗磁性物质。 例如：铋、铜、氯化钠等

原子中的电流电子的礅矩 原子中的电流 磁介质在磁场中受到作用力,表明磁介质内部存在着运动的 电荷和电流。 电子的磁矩: 原子内部的电子绕原子核沿圆形或椭圆形轨道运动,犹如 闭合的圆电流。电流大小等于单位时间内通过轨道上任一给 定点处的电荷量i ve 2T 轨道磁矩:m,=im evl

原子中的电流 电子的磁矩 • 原子中的电流： – 磁介质在磁场中受到作用力，表明磁介质内部存在着运动的 电荷和电流。 • 电子的磁矩： – 原子内部的电子绕原子核沿圆形或椭圆形轨道运动，犹如一 闭合的圆电流。电流大小等于单位时间内通过轨道上任一给 定点处的电荷量 – 轨道磁矩 ： r ve i 2 = m i r evr d 2 2 1 =  =

原子中的电流电子的礅矩 轨道角动量 定义L=F×(m) 大小 轨道磁矩和轨道角动量的关系 2m 电子的轨道磁矩和轨道角动量成正比 比例系数叫轨道磁机比,与轨道半径无关

原子中的电流 电子的磁矩 • 轨道角动量 – 定义 – 大小 • 轨道磁矩和轨道角动量的关系 – 电子的轨道磁矩和轨道角动量成正比 – 比例系数叫轨道磁机比，与轨道半径无关。 L r (mv)    =  L mvr el = el Lel m e m   2 = −

原子中的电流电子的礅矩 电子的自旋: 自旋磁矩和自旋角动量比值 实验表明: 任何原子中的任何电子的自旋角动量的量值都相等 s=0.527×1034Js,自旋磁矩为m0g×10243Am2(玻尔磁子) 自旋磁机比为轨道磁机比的二倍

原子中的电流 电子的磁矩 • 电子的自旋： – 自旋磁矩和自旋角动量比值 – 实验表明： – 任何原子中的任何电子的自旋角动量的量值都相等。 LeS=0.527×10-34J·s，自旋磁矩为 m0.927=×10-243A·m2 (玻尔磁子)。 自旋磁机比为轨道磁机比的二倍。 es Les m e m   = −

原子中的电流电子的礅矩 分子或原子的磁矩: 分子或原子的磁矩是组成该原子或分子的内部所有电子 磁矩的叠加。 经典观点,电子磁矩的方向完全任意;量子力学观点, 电子磁矩只能取空间某些特定的方向。 叠加结果为零时,分子或原子本身无固有磁矩(类似于 无极分子电介质);合磁矩不为零时,分子或原子本身 具有固有磁矩(类似于有极分子电介质)

原子中的电流 电子的磁矩 • 分子或原子的磁矩： – 分子或原子的磁矩是组成该原子或分子的内部所有电子 磁矩的叠加。 – 经典观点，电子磁矩的方向完全任意；量子力学观点， 电子磁矩只能取空间某些特定的方向。 – 叠加结果为零时，分子或原子本身无固有磁矩（类似于 无极分子电介质）；合磁矩不为零时，分子或原子本身 具有固有磁矩（类似于有极分子电介质）

顺磁性的起源 顺磁性物质: 由具有固有磁矩的原子或分子组成 无外磁场时: 各分子磁矩磁效应相互抵消,宏观上不显示磁性; 处在外磁场中时 分子磁矩在力矩作用下有转向磁感应强度B的方向的趋势,各 分子磁效应不再完全抵消,介质呈现出磁性。 顺磁介质接近磁体时: 介质被磁化而获得与外磁场平行的净磁矩,将受到指向磁场增 强方向的作用力磁体吸引顺磁介质

顺磁性的起源 • 顺磁性物质： – 由具有固有磁矩的原子或分子组成 • 无外磁场时： – 各分子磁矩磁效应相互抵消，宏观上不显示磁性； • 处在外磁场中时： – 分子磁矩在力矩作用下有转向磁感应强度B的方向的趋势，各 分子磁效应不再完全抵消，介质呈现出磁性。 • 顺磁介质接近磁体时： – 介质被磁化而获得与外磁场平行的净磁矩，将受到指向磁场增 强方向的作用力——磁体吸引顺磁介质