福州大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿，电磁场、热学）15 磁介质的磁化磁化强度矢量

嗷介质的磁化 磁化强度

1 磁介质的磁化 磁化强度

、磁介质的磁化现象 凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质。 磁场中放入磁介质一→磁介质发生磁化一产生附加磁场 1.磁介质的分类」 ①顺磁介质 顺磁介质中产生的附加磁场B与 B 外场方向相同,磁介质中的肠要 B 比外场大。 B=Ba+B>B如铝、锰、铬等。 ②抗磁介质 B B 抗磁介质中产生的附加磁场B′与 外埸方向相反,磁介质中的场要 B 比外扬小

2 ①.顺磁介质 磁场中放入磁介质 磁介质发生磁化 产生附加磁场 如铝、锰、铬等。 一、磁介质的磁化现象 1.磁介质的分类 凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质。 B  B0  顺磁介质中产生的附加磁场 与 外场 方向相同，磁介质中的场 要 比外场 大。 B  B0  B  B0  B B0 B B0     = +   ②抗磁介质 抗磁介质中产生的附加磁场 与 外场 方向相反，磁介质中的场 要 比外场 小。 B  B0  B  B0  B  B  B0  B 

B=Bo+B> Bo 如金属钢、铁、钴、镍等。 2磁介质的磁化机制 相当于 类似电介质的讨论,从物质 磁偶极子 电结构来说明磁性的起源

3 如金属金、银、铜等。 B B0 B B0     = +   B  B  B0  ③铁磁介质 B0  B  B  铁磁介质中产生的附加磁场 与 外场 方向相同，但磁介质中的场 要远比外场 大，是外场的几百倍 到几万倍。 B  B0  B  B0  B B0 B B0     = +   如金属钢、铁、钴、镍等。 2.磁介质的磁化机制 类似电介质的讨论，从物质 电结构来说明磁性的起源。 i N S 相当于一 磁偶极子

原子中电子参与两种运动:自旋及绕核的 轨道运动,对应有轨道磁矩和自旋磁矩 整个分子磁矩是其中各个电子的轨道 磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量 和(核的自旋磁矩常可忽略) 顺磁质:由具有固有磁矩的分子组成。分子中各电子的 磁矩不完全抵消,整个分子具有一定的固有磁矩 抗磁质:分子中各电子的磁矩完全抵消,整个分子不 具有固有的磁矩。 1.顺磁质的磁化机制 磁介质是由大量分子或原子组成,无外场时,顺 磁质分子的磁矩排列杂乱无章,介质内分子磁矩的矢 量和∑P=0

4 整个分子磁矩是其中各个电子的轨道 磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量 和（核的自旋磁矩常可忽略）。 原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的 轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。 I m p  m p  顺磁质：由具有固有磁矩的分子组成。分子中各电子的 磁矩不完全抵消，整个分子具有一定的固有磁矩。 抗磁质：分子中各电子的磁矩完全抵消，整个分子不 具有固有的磁矩。 1.顺磁质的磁化机制 Pm = 0  磁介质是由大量分子或原子组成，无外场时，顺 磁质分子的磁矩排列杂乱无章，介质内分子磁矩的矢 量和

有外磁场时,这些分子固有磁 矩就要受到磁场的力矩作用, 力矩的方向力图使分子磁矩的方 q 向沿外场转向。各分子磁矩都在一定 B 程度上沿外磁场方向排列起来 分子磁矩的矢量和∑bn≠0 从导体横截面看,导体内部分子电流两两反向,相 互抵消。导体边缘分子电流同向,未被抵消的分子电流 沿着柱面流动。 分子电流可等 ⊙B 0效成磁介质表 等效 面的磁化电流 ,I产生附 加磁场

5 Pm  0  有外磁场时，这些分子固有磁 矩就要受到磁场的力矩作用， B0  等效 Is ⊙ B0  B0  B  从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相 互抵消。导体边缘分子电流同向,未被抵消的分子电流 沿着柱面流动 。 分子电流可等 效成磁介质表 面的磁化电流 Is， Is产生附 加磁场。 分子磁矩的矢量和: 力矩的方向力图使分子磁矩的方 向沿外场转向。各分子磁矩都在一定 程度上沿外磁场方向排列起来

B=Bo+B> Bo 磁化电流Ⅰs可产生附加磁场,但无热效应,因为无 宏观电荷的移动,磁化电流束缚在介质表面上,不可 引出,因此,磁化电流也称为束缚电流 2.抗磁质的磁化机制 对抗磁介质来说,无外磁场时, 各电子的磁矩矢量和为0,分子磁 矩∑Pn=0,分子不显磁性 加外磁场后,电子受的向心力 为核力和洛仑兹力的叠加, B′ f=核+>核 生反向电子附加磁矩ApnB

6 L f f f    心 = 核 + 加外磁场后，电子受的向心力 为核力和洛仑兹力的叠加， f 核  i   L f  核f  B0  e  i v  B  m p   产生反向电子附加磁矩 pm   B  2.抗磁质的磁化机制 磁化电流 Is 可产生附加磁场，但无热效应，因为无 宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可 引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。 B B0 B B0     = +   对抗磁介质来说，无外磁场时， 各电子的磁矩矢量和为 0，分子磁 矩 Pm = 0 ,分子不显磁性。 

J6=1+1</一0-司 产生反向电子附加磁矩AP, B 综上所述:不论电子的轨道磁矩方 B 向如何,附加磁场总与外场反向, 同理,分子电流可等效成磁 介质表面的磁化电流L,Ⅰ产生 B 附加磁场。 E B BoY 等效 B 7

7 综上所述：不论电子的轨道磁矩方 向如何，附加磁场总与外场反向， L f  f 核  e  i B0  v  B  m p   L f  核f  B0   e i v  B  m p   L f f f    心 = 核 + f 核    i 产生反向电子附加磁矩 pm   B  同理，分子电流可等效成磁 介质表面的磁化电流 Is， Is产生 附加磁场。 Is B0  B  等效 ⊕ B0 

明确几点: ①抗磁性是一切磁介质固有的特性,它不仅存在于 抗磁介质中,也存在于顺磁介质中; ②对于顺磁介质分子磁矩>电子附加磁矩,顺磁效应 >抗磁效应∑bm>△APm; ③抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用,显抗磁性。 ∑ P.=0.△P.≠0 顺磁质 抗磁质 "0 0 在外场中>>在外场中叫0 B=B +B4< B 8

8 ②.对于顺磁介质分子磁矩>电子附加磁矩，顺磁效应 > 抗磁效应 Pm  Pm ；   ③.抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。 Pm = 0, Pm  0   ①.抗磁性是一切磁介质固有的特性，它不仅存在于 抗磁介质中，也存在于顺磁介质中； 明确几点： pm  0  pm 取向与B0 一致   0 0 B B B' B     = +  pm = 0  pm 取向与B0 反向    0 0 B B B' B     = +  pm pm     在外场中 pm  0 在外场中  顺磁质 抗磁质

磁化强度 表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量。 1定义:单位体积内分子磁矩的矢量和。 M ∑ m它与介质特性、温度与统计规律有关。 △ 其中:Pm1是第i个分子的磁矩; 顺磁质店B向, △宏观无限小微观无限大;所以B与B同方向 方向:与分子磁矩矢量和同向。 单位:安/米,A/m 抗磁质M与B反向, 注意 所以B与B反方向 ①无外磁场B时,介质中M=0因为∑Pm=0 ②真空中M=0

9 1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和。 V P M mi  =    单位：安/米，A/m 方向：与分子磁矩矢量和同向。 表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度的物理量。 注意： 因为 Pm = 0  它与介质特性、温度与统计规律有关。 pmi 是第i个分子的磁矩；  V 宏观无限小微观无限大； ②.真空中M = 0 。  ①.无外磁场 Bo 时，介质中 M = 0 。  顺磁质 与 同向， 所以 与 同方向 M  B0  B0  B'  抗磁质 与 反向， 所以 与 反方向 M  B0  B0  B'  其中： 二、磁化强度

2磁化强度与磁化电流I的关系 在外磁场作用下,介质中的分子电流可等效成介 质表面的磁化电流I,它产生附加磁场,但无热效应。 定义:沿磁介质轴线方向上单位长度的磁化电流称为 磁化电流密度js L 结论1:磁化强度大小数值上等于磁化电流密度。 M=J。··°做分关系 普遍情况下可以证明:j=MXn 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量 电介质有a=P.n 束缚电荷面密度的大小等于电 极化强度的法向分量。 10

10 2.磁化强度与磁化电流 Is的关系 定义： 沿磁介质轴线方向上单位长度的磁化电流称为 磁化电流密度 js 。 L I j s s = 结论1：磁化强度大小数值上等于磁化电流密度。 s M = j 普遍情况下可以证明： j M n s =  ˆ   束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。 电介质有 ' = Pn ˆ   束缚电荷面密度的大小等于电 极化强度的法向分量。 在 外磁场作用下，介质中的分子电流可等效成介 质表面的磁化电流 Is，它产生附加磁场，但无热效应。 微分关系