磁介质(研究方法与电介质类比) 磁场一→磁介质一磁化0(后果影响外场 B'≠0 ■场对介质的作用和介质的磁化互相影响、互相 制约 ■研究方法 磁荷观点 分子环流以此观点讨论 物质的磁性起源于原子的磁性 原子磁性 量子力学 严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁介质 (研究方法与电介质类比） ◼ 磁场 磁介质 磁化 后果影响外场 ' 0 ' 0 0 B M I ◼场对介质的作用和介质的磁化互相影响、互相 制约 ◼研究方法 ◼磁荷观点 ◼分子环流 以此观点讨论 ◼物质的磁性起源于原子的磁性 ◼原子磁性 量子力学 ◼严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上
磁性、磁介质、磁化 磁性: ■物质的基本属性之一,即物质的磁学特性 ■吸铁石—天然磁体—具有强磁性 口多数物质一般情况下没有明显的磁性 磁介质( magnetic medium) 对磁场有一定响应并能反过来影响磁场的物质 般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性, 即都能对磁场的作用有所响应,所以都是磁介质 磁化( magnetization) 在外磁场的作用下,原来没有磁性的物质,变得具有磁 性,简称磁化。磁介质被磁化后,会产生附加磁场,从 而改变原来空间磁场的分布 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁性、磁介质、磁化 ◼ 磁性： ◼ 物质的基本属性之一，即物质的磁学特性 ◼ 吸铁石——天然磁体 —— 具有强磁性 ◼ 多数物质一般情况下没有明显的磁性 ◼ 磁介质（magnetic medium）： ◼ 对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 ◼ 一般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性， 即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质 ◼ 磁化（magnetization） ◼ 在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁 性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从 而改变原来空间磁场的分布
型 问题的提出 ■为什么物质对磁场有响应? 为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应, 即具有不同的磁性? 与物质内部的电磁结构有着密切的联系 分子电流 ■安培的大胆假设 磁介质的“分子”相当于一个环形电流,是电 荷的某种运动形成的,它没有像导体中电流所 受的阻力,分子的环形电流具有磁矩—分子 磁矩,在外磁场的作用下可以自由地改变方向 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 “分子电流”模 型 ◼ 问题的提出 ◼ 为什么物质对磁场有响应? ◼ 为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应, 即具有不同的磁性？ ◼ 与物质内部的电磁结构有着密切的联系 ◼ 分子电流 ◼ 安培的大胆假设 ◼ 磁介质的“分子”相当于一个环形电流，是电 荷的某种运动形成的，它没有像导体中电流所 受的阻力，分子的环形电流具有磁矩——分子 磁矩，在外磁场的作用下可以自由地改变方向
假设的重要性 ■把种种磁相互作用归结为电流—电流相 互作用,建立了安培定律—磁作用理论 ■以“分子电流”模型取代磁荷模型,从根 本上揭示了物质极化与磁化的内在联系 其实在安培时代,对于物质的分子、原子 结构的认识还很肤浅,电子尚未发现,所 谓“分子”泛指介质的微观基本单元 继续 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 假设的重要性 ◼ 把种种磁相互作用归结为电流——电流相 互作用，建立了安培定律——磁作用理论 ◼ 以“分子电流”模型取代磁荷模型，从根 本上揭示了物质极化与磁化的内在联系 ◼ 其实在安培时代，对于物质的分子、原子 结构的认识还很肤浅，电子尚未发现，所 谓“分子”泛指介质的微观基本单元 ◼ 继续
“磁荷”模型要点 ■磁荷有正、负,同号相斥,异号相吸 ■磁荷遵循磁的库仑定律(类似于电库仑定律) ■定义磁场强度H为单位点磁荷所受的磁场力 ■把磁介质分子看作磁偶极子 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负 磁荷聚集两端的过程,磁体间的作用源于其中的 磁荷 ■但没有单独的磁极存在—? 返回 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 “磁荷”模型要点 ◼ 磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸 ◼ 磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律） ◼ 定义磁场强度 H为单位点磁荷所受的磁场力 ◼ 把磁介质分子看作磁偶极子 ◼ 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负 磁荷聚集两端的过程，磁体间的作用源于其中的 磁荷 ◼ 但没有单独的磁极存在——？ ◼ 返回
现代的观点 分子磁矩m于F=m+m,(矢量和 轨道磁矩m:由原子内各电子绕原子核的轨道 运动决定 自旋磁矩m:由核外各电子的自旋的运动决定 ■所谓磁化: 就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布 (无序) 整齐排列(有序) 每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子 磁化了的介质内分子磁矩失量和Σm分r ■分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流F (虽然不同的磁介质的磁化机制不同) 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 现代的观点 ◼ 分子磁矩m分子= ml+ ms （矢量和） ◼ 轨道磁矩ml：由原子内各电子绕原子核的轨道 运动决定 ◼ 自旋磁矩ms：由核外各电子的自旋的运动决定 ◼ 所谓磁化： ◼ 就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布 （无序）—— 整齐排列（有序） ◼ 每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子 ◼ 磁化了的介质内分子磁矩矢量和 m分子0 ◼ 分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流I’ （虽然不同的磁介质的磁化机制不同）
磁化的描绘 ■磁化强度矢量M 为了描述磁介质的磁化状态(磁化方向和强 度),引入磁化强度矢量M的概念 ■磁化后在介质内部任取一宏观体元,体元内的 分子磁矩的矢量和Σm分子=0 ■磁化程度越高,矢量和的值也越大 M:单位体积内分子磁矩的矢量和 =∑m分 △ 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化的描绘 ◼ 磁化强度矢量 M ◼ 为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强 度），引入磁化强度矢量M的概念 ◼ 磁化后在介质内部任取一宏观体元，体元内的 分子磁矩的矢量和 m分子0 ◼ 磁化程度越高，矢量和的值也越大 ◼ M:单位体积内分子磁矩的矢量和 V m = 分子 M
磁化电流 B 介质对磁场作用的响应产生4 磁化电流 磁化电流不能传导,束缚在介质 内部,也叫束缚电流。 e o 0 27 0 )未磁化 ■它也能产生磁场,满足毕奥-萨 B0(外场) 伐尔定律,可以产生附加场B 0100g e9合￠0合 附加场反过来要影响原来空间的②64644 磁场分布。 ⑩b)磁化后 B0(外碰场) ■各向同性的磁介质只有介质表面 处,分子电流未被抵销,形成磁 化电流 (c)磁化后的宏现效果 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流 ◼ 介质对磁场作用的响应——产生 磁化电流 ◼ 磁化电流不能传导，束缚在介质 内部，也叫束缚电流。 ◼ 它也能产生磁场，满足毕奥-萨 伐尔定律，可以产生附加场B’ ◼ 附加场反过来要影响原来空间的 磁场分布。 ◼ 各向同性的磁介质只有介质表面 处，分子电流未被抵销，形成磁 化电流
磁化电流与传导电流 ■传导电流 载流子的定向流动,是电荷迁移的结果,产生焦耳热, 立生磁场,遵从电流产生磁场规律 ■磁化电流 ■磁介质受到磁场作用后被磁化的后果,是大量分子电 流叠加形成的在宏观范围内流动的电流,是大量分子 电流统计平均的宏观效果 ■相同之处:同样可以产生磁场,遵从电流产生磁 场规律 ■不同之处:电子都被限制在分子范围内运动,与 因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同;分子电 流运行无阻力,即无热效应 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流与传导电流 ◼ 传导电流 ◼ 载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦耳热， 产生磁场，遵从电流产生磁场规律 ◼ 磁化电流 ◼ 磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电 流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子 电流统计平均的宏观效果 ◼ 相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁 场规律 ◼ 不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与 因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同；分子电 流运行无阻力，即无热效应
磁化的后果 描绘磁化 B=Bo+B 三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 磁化,之间必有联系,这些关系 磁介质磁化遵循的规律 2004.4 北京大学物理学院王稼军编
2004.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化的后果 ◼ 三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 ——磁化，之间必有联系，这些关系—— 磁介质磁化遵循的规律 描绘磁化 = + ' ' B B0 B I M