华中科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十五章 磁场与实物的相互作用

电磁学 华中科技大学物理系 电相互作用真空中的静电场 静电场与实物的相互作用 电容器的电容和电场的能量 真空中的稳恒磁场 磁相互作用 电磁感应 麦克斯韦方程组

电磁 第 二 篇 第十五章磁场与实物的相互作用

第十五章 磁场与实物的相互作用

第十五章磁场与实物的相互作用 §l5.1顺磁性与抗磁性 §152磁化强度矢量!及其 与B、应的关系 §153铁磁质的磁效应

§15.1 顺磁性与抗磁性 §15.2 磁化强度矢量 及其 与 的关系 M  B H   、 §15.3 铁磁质的磁效应 第十五章 磁场与实物的相互作用

§151磁介质的磁效应 1.磁介质的分类 磁介质对螺线管内的场有影响丿B 其内总磁场是: b=B+B 定义:山r=B相对磁导率 B u不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同: μr≥1→顺磁质如:氧、铝、钨、铂、铬等。 μr>1→铁磁质如:铁、钴、镍等

→顺磁质 o r B B  =  r 1 §15.1 磁介质的磁效应 Bo  B  定义: 如：氧、铝、钨、铂、铬等。 如：氮、水、铜、银、金、铋等。 如：铁、钴、镍等 r不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：  r 1 →抗磁质  r1 →铁磁质 1. 磁介质的分类 I I 磁介质对螺线管内的场有影响 其内总磁场是： B = Bo + B    相对磁导率 1

2.顺磁质和抗磁质 (1)分子磁矩 实物的基本组成单元:分子、原子、电子 电子运动: 绕核运动→电流环→轨道磁矩轨 自旋运动→自旋磁矩增 两种运动磁效应的总和 等效分子 圆电流 严轨=ISn el 2 分子=∑轨+∑增自 分子的固有磁矩 分子≠0→顺磁质 两类磁介质 分子=0一抗磁质 2

2. 顺磁质和抗磁质 实物的基本组成单元：分子、原子、电子 + - 电子运动： 绕核运动→电流环→轨道磁矩 自旋运动 →自旋磁矩 自  ISn    轨 =   2 2 er =− 两种运动磁效应的总和 等效 分子 圆电流 分子 =轨 +自    分子的固有磁矩 两类磁介质 分子 ≠ 0 分子 = 0 →顺磁质 →抗磁质  轨 (1) 分子磁矩 2

(2)顺磁、抗磁特性的微观解释 1)顺磁性p分子≠0 B=0 B <0-0 88 磁化面电流 ∑=0云=分子XB B∥B 可见:Bn个强,排列越整齐。 磁化面电流越大,介质的磁化程度越高

(2) 顺磁、抗磁特性的微观解释 1) 顺磁性 Bo=0   i = 0  Bo  Bo     =分子  B  I  Bo  磁 化 面 电 流 可见：Bo强， pm排列越整齐。  磁化面电流越大，介质的磁化程度越高。 ∥ Bo  分子 ≠ 0 N S 3

2)抗磁性分子=0B=0不显磁性 当没有外磁场时 =0 当介质处在外磁场中,电子轨道磁 附 矩受磁力矩: 1B =轨×Bo 在磁力矩作用下,轨道角动量绕磁 场方向旋进。 动画 电子附加一个磁矩: 川轨 44分子 动画 4分子一了→BNB B

2) 抗磁性  轨  L  Bo  + - 分子 = 0 附  Bo     =轨  当介质处在外磁场中，电子轨道磁 矩受磁力矩: 在磁力矩作用下，轨道角动量绕磁 场方向旋进。 电子附加一个磁矩: 附  分子  = I  B  Bo   Bo  B  ∑ 分子  动画 动画 Bo=0  i = 0  当没有外磁场时 不显磁性 I  4

论 顺磁性介质处在外磁场时,[在号B>B 其体内磁场:B=Bn+B 抗磁性介质处在外磁场时,B 其体内磁场:B=Bn+B3BB 2°介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有?有! 但:分子>>4分子 3°若将一磁介质放入磁场中,你如何 判断该介质是顺磁还是抗磁介质? N S 4超导体是完全抗磁体 在外磁场中超导体内:B=B0+B=0 注:表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成!

讨论 1º 顺磁性介质处在外磁场时， 其体内磁场： B=Bo +B    Bo  B  BBo 抗磁性介质处在外磁场时， 其体内磁场： B=Bo +B    Bo  B  BBo 2º 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有？ 有！ 但：分子 分子    3º 若将一磁介质放入磁场中，你如何 判断该介质是顺磁还是抗磁介质？ N S 4º 超导体是完全抗磁体 在外磁场中超导体内： B=Bo +B    = 0 注：表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成！ 5

3.磁化强度矢量M ()磁化强度矢量定义M=∑单位体积内分子 磁矩的矢量和 (2)磁化强度矢量M与磁化面电流I的关系 设长为l、横截面为S的柱形介质在外磁场中沿轴 向被均匀磁化,表面束缚面电流为r 介质的体积为:∠V=lS (+M 介质内的分子磁矩之和为:|∑z=S M=2=1 面电流密度 更一般的证明为:i=M× 磁化强度的环流 亚M=M=2,=分

3. 磁化强度矢量 V M i   =   (1) 磁化强度矢量定义 单位体积内分子 磁矩的矢量和 (2) 磁化强度矢量M与磁化面电流I′的关系 设长为l、横截面为S的柱形介质在外磁场中沿轴 向被均匀磁化，表面束缚面电流为 I′ V M i   =   介质的体积为： V =lS 介质内的分子磁矩之和为： = IS l S I S   ︳ ︳ = ︳ ︳  i  i  ︳ ︳ l I = = i l I′ M  n ˆ ——面电流密度 i  = Mn ˆ   M  × 磁化强度的环流： i   =i l =   Ii  LM dl   = M  l l M  更一般的证明为： L M  6

§152磁化强度矢量Ⅵ及其与B、攻的关系 1有介质时的高斯定理 介质中的磁感应强度:B=B外+B 无论是什么电流激发的磁场,其磁力线均是无头 无尾的闭合曲线。 通过磁场中任意闭合曲面的磁通量为零 即:∮BdS=0 2有介质时的安培环路定理 在有介质的空间,传导电流与磁化电流共同 产生磁场: 中B=H∑I+∑K 有磁介质 束缚电流 的总场 传导电流 7

1.有介质时的高斯定理 无论是什么电流激发的磁场，其磁力线均是无头 无尾的闭合曲线。 介质中的磁感应强度：  BdS =0   B=B +B    外 ∴ 通过磁场中任意闭合曲面的磁通量为零。 即： 2.有介质时的安培环路定理  Bdl = I + I o o   在有介质的空间，传导电流与磁化电流共同 产生磁场： 有磁介质 的总场 束缚电流 传导电流 §15.2 磁化强度矢量 M 及其与 的关系  B H   、 7