资源描述：
《磁性物理学51315》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第一章磁性物理学（LisaTauxe著,刘青松译）建议补充读物关于基础知识，可以参考Butler（1992）,1-4页；以及大学物理教科书屮关于磁学基础的有关章节。更多信息可参看：川es（1992）和Cullity（1972）的第一章。木章中，我们将了解磁学的基本物理棊础，我们主要使川基于“米一T克一秒”制的国际单位（si）系统。在磁学屮，还有另外一些单位系统也是很重要的，其屮，最常川的基于cgs系统的电磁单位系统页也将在木章后而介绍。1.1什么是磁场？和車力场一样，磁场既看不见也摸不着。对于地球重力场来说，我们可以通过引力直接感知其存在。而对于磁
2、场，只有它作用于一些磁性物体时（例如某些被磁化的金属，天然磁石，或者通电的线圈），我们才能确定其存在。例如，如果我们把一个磁化的针头放在漂于水面的软木塞上，它会缓慢地指向英周围的磁场方向。再比如，通电的线圈会产生磁场，从而引起其附近的磁针转动。磁场的概念正是根据这些现象建立起来的。电流能够产生磁场，因此我们可以借助于电场来定义由其产生的磁场。图1.1a展示了当导线通以电流i时，英四周铁屑分布的情形。根据右手法则，右手的大拇指指向电流方向（即正方向，与电子流动方向相反），其它成坏状的四指则指示了相应的磁场方向（图1.1b）。磁场H同时乖直于电流方向和
3、径向单位矢量r（图1.1b）,其强度与电流强度i成正比。如图1」所示，磁场强度H可以由安培定律给出：H=-^—.2tt厂因此，磁场强度H的单位为AnA安培定律的最普遍形式服从麦克斯韦电磁方程。在稳定电场情况下，VxH=Jf,其中濟是电流密度。也就是说，磁场的旋度等效于电流场的密度。1.2磁矩我们已知电流在其四周产生坏绕的磁场。如果把通电导线圈成一个血积为兀/的圆环（图1.2a）,其周围的诙屑则展示了其产牛的磁场的形态。这个磁场等效于一个磁矩为m的磁恢产牛的磁场（图1.2b）o由电流i产牛的磁场，其强度和圆环的面积相关（圆环越大，磁矩就越人），即m二
4、沅,。山口个圆环产生的总磁矩是由这些单一圆环产生的磁矩的迭加，即：ni=niTrr2・因此，磁矩m的单位为Am2o图1・1:a）在一个通有电流i的导线周围铁屑的分布情况。b）对于一根直导线，通过的电流与其产生的磁场的关系图［图a来自川es（1992）］图1.2:a）铁屑显示了由环状电流产生的磁场形态。b）由一个电流强度为i,面积为兀/的圆环产生的磁场等效于一个磁矩为m的磁铁产生的磁场。c）由多个圆环产生的总磁场等于所有单个圆环产生磁场的叠加。【有关铁屑分布的图件来自川es（1992）］1.3磁通量磁场是一个矢量场，因为在任何一点它都山方向和强度共同
5、定义。现在考虑一个山条形磁铁产牛的磁场（图1.3）,其方向如箭头所示，而其强度则由磁力线的密度确定。磁力线即为磁通量，其密度可用来衡量磁场的强度（即磁感应强度B）。磁通量密度（即磁感应强度）可通过在磁场中运动的导体來量化。假设导体长度为/,相对于磁场的运动速度为v,那么在导体上产生的电势差为V=vlB（图1.3）o磁感应强度的单位为特斯拉（T）。一特斯拉的磁场可以使长度为1米，相对于磁场的运动速度为1米每秒的导体产生1伏特的电压,即1T=lVsm-2o磁感应强度（B）等价于磁通量密度，也就是单位而积上的磁通量（①）。因此，磁通量增量d（D等丁•磁场
6、8于血积增量dA的乘积。这里的“血积”等丁导线长度/为时间力内的位移加的乘枳，即时速率为du=h/d/,所以d®=BdA。磁通量变化率为：rfds、z-=（-）BZ=vBZ=V.（1.2）方程1.2被称为法拉第定律，其最普遍的形式是麦克斯韦方程组的第四个方程。从这个公式可以看岀磁通量的单位是韦们（Wb）。一个通有一安培电流的单个线圈能够产生一伏特电压的磁通量定义为一韦伯。这个定义指示了一种测量磁感应强度的方法，也就是磁通门磁力仪的原理。velocity图1.3:铁屑的分布展示了磁矩m产生的矢量磁场B。如果磁场的运动速度为v,它在一个长度为/的
7、导体中产生的电压为几［有关铁屑的图件来自Jiles（1992）］1.4磁能磁矩m具有其和应的静磁能(magnetostaticenergy,Em)0这个能弟可使磁矩为m的小磁针向磁场方向偏转(图1.4)。这个能量大小等或者-mBco^O,其中m和B分别是m和B的人小。磁能的单位是焦耳。图1.4:磁矩为m的磁针会向磁场B的方向偏转。所需要的能量叫静磁能，当m和B的夹角最大时该能量达到极大值。1.5磁化强度和磁化率磁化强度(magnetization,M)是单•位体积或者单位质呈的磁矩，相应的单位分别为Am，与Am'kg^o质子和电子可以等效于小磁矩。
8、当有外场作川时，它们会被感应磁化。感应磁化强度与外场H的关系为：Mz=H.(1.3)其中血是体磁化率(bulkmagnet
