第十节磁介质 磁化强度.doc

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1、11-1磁介质磁化强度一、磁介质 磁化强度磁场对处于磁场中的物质也有作用，使其磁化。一切能够磁化的物质称为磁介质。而磁化了的磁介质要激起附加磁场，也会对原磁场产生影响。应当指出的是，磁介质对磁场的影响远比电介质对电场的影响要复杂得多。不同的磁介质在磁场中的表现则是很不相同的。假设没有磁介质（即真空）时，某点的磁感强度为，放入磁介质后，因磁介质被磁化而建立的附加磁感强度为，那么该点的磁感强度应为这两个磁感强度的矢量和，即实验表明，附加磁感强度的方向随磁介质而异。有一些磁介质，的方向与 的方向相同，使得，这种磁介质叫做顺磁质，如铝

2、、氧、锰等；还有一类磁介质，的方向与的方向相反，使得，这种磁介质叫做抗磁质，如铜、铋、氢等。但无论是顺磁质还是抗磁质，附加磁感强度的值都较要小得多（约几万分之一或几十万分之），它对原来磁场的影响极为微弱。所以，顺磁质和抗磁质统称为弱磁性物质。实验还指出，另外有一类磁介质，它的附加磁感强度的方向虽与顺磁质一样，是和的方向相同的，但的值却要比的值大很多（可达102-104倍），即，并且B和B0的比值不是常量。这类磁介质能显著地增强磁场，是强磁性物质；我们把这类磁介质叫做铁磁质，如铁、镍、钴及其合金等。弱磁性物质的顺磁性和抗磁性的微

3、观机理，与强磁性物质的铁磁性显著不同。这节用安培的分子电流学说简单说明顺磁性和抗磁性的起源。关于铁磁质的铁磁性将在第11-3节中介绍。在物质的分子中，每个电子都绕原子核作轨道运动，从而使之具有轨道磁矩（参阅第10-2节）；此外，电子本身还有自旋（参阅第17-10节），因而也会具有自旋磁矩。一个分子内所有电子全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩，简称分子磁矩，用符号表示。分子磁矩可用一个等效的圆电流来表示，这就是安培当年为解释磁性起源而设想的分子电流，如图所示。这里需要明确的是，分子电流与导体中的传导电流是有区别的，构成分子电流

4、的电子只作绕核运动，它们不是自由电子。顺磁质在顺磁性物质中，虽然每个分子都具有磁矩，但实验指出，在没有外磁场时，顺磁性物质并不显现磁性。这是因为分子处于热运动中，各分子磁矩的取向是无规的，因而在顺磁质中任一宏观小体积内，所有分子磁矩的矢量和为零，致使顺磁质对外不显现磁性，处于未被磁化的状态[如图示]。　　当顺磁性物质处在外磁场中时，各分子磁矩都要受到磁力矩的作用。在磁力矩作用下，各分子磁矩的取向都具有转到与外磁场方向相同的趋势（参阅第10-7节），这样，顺磁质就被磁化了。显然，在顺磁质中因磁化而出现的附加磁感强度与外磁场的磁感

5、强度的方向相同。于是，在外磁场中，顺磁质内的磁感强度的大小为 抗磁质对抗磁质来说，在没有外磁场作用时，虽然分子中每个电子的轨道磁矩与自旋磁矩都不等于零，但分子中全部电子的轨道磁矩与自旋磁矩的矢量和却等于零，即分子固有磁矩为零（）。所以，在没有外磁场时，抗磁质并不显现出磁性。但在外磁场作用下，分子中每个电子的轨道运动将受到影响，从而引起附加轨道磁矩，而且附加轨道磁矩的方向必是与外磁场的方向相反，因此，在抗磁质中，就要出现与外磁场B0的方向相反的附加磁场，称为抗磁性，于是，抗磁质内磁感强度B的值要比B0略小一点，即扩充内容：抗磁性

6、应当指出，由上述分析可以明白，抗磁性不只是抗磁质所独有的特性，顺磁性物质也应具有这种抗磁性。只不过顺磁性物质中抗磁性的效应较之顺磁性效应要小得多，因此，在研究顺磁性物质的磁化时可以不计其抗磁性效应。二、磁化强度磁介质的磁化，就其实质来说，或是由于在外磁场作用下分子磁矩的取向发生了变化，或是在外磁场作用下产生附加磁矩，而且前者也可归结为产生附加磁矩。因此，我们可以用磁介质中单位体积内分子的合磁矩来表示介质的磁化情况，叫做磁化强度，用符号表示。在均匀磁介质中取小体积，在此体积内分子磁矩的矢量和为 ，那么磁化强度为（11-1）　在国

7、际单位制中，磁化强度的单位为安培每米，符号为。三、思考题说明顺磁质，抗磁质及铁磁质附加磁场与外磁场关系。11-2磁介质中的安培环路定理磁场强度　一、磁介质中的安培环路定理现在我们利用一个特殊的例子来讨论磁介质中的安培环路定理，所得结论同样适用于一般的情形。如右图所示，有一密绕线圈的长直螺线管，管中充满磁化强度为的各向同性均匀磁介质，线圈中的电流为。　　取闭合回路，由安培环路定理可得磁感强度沿此闭合回路的环流为式中为闭合回路所包围的电流，它包括流过线圈的传导电流，以及由分子圆电流所组成的分布电流。设路径的长度为，其上共绕有匝线圈

8、，于是。上式可写成　从上图可以看出，磁介质中有许多分子圆电流，且电流的流向均相同。现设想每一个分子圆电流的半径均等于，电流均为，于是每个分子圆电流的磁矩均为而对闭合回路来说，并非每一个分子圆电流对形成都有贡献。譬如分子圆电流1就没有贡献，这是因为它在闭合回路的外面；分子圆电流