大学物理磁介质

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1、第5章磁介质（magneticmedium）1目录§5.1“分子电流”模型§5.2顺磁质与抗磁质§5.3磁介质的磁化规律§5.4有磁介质存在时的磁场H的环路定理§5.6铁磁介质§5.7磁场的边界条件2§1分子电流假说(1)分子电流假说：安培认为，磁介质中的每一个分子都可以看作一个环形电流，在无磁场时，这些环形电流的磁矩方向在空间的取向是杂乱无章的。如图所示B0ImIm1、电子的轨道磁矩zeeveiplT2r2-e,me轨道磁矩2PiSnˆervm,电子2ev轨道角动量

2、r2PiS(r)m,电子L2revreeLpL22ml2mL:轨道角动量eeUsefulindiscussingtheatomicangularmomentumbecauseitisquantized2、电子自旋磁矩相对论效应ep2SS:自旋角动量s2me3、磁矩的量子化角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数34的整数或半奇数倍。1.0510Js磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此，磁矩也是量子化的。3、磁矩的量子化角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常

3、数34的整数或半奇数倍。1.0510Js磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此，磁矩也是量子化的。电子磁矩的取值，等于玻尔磁子me9.271024J/TB2me的整数倍。64、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍ee核磁子玻尔磁子2mp2me原子核的磁矩可以忽略。5、分子的固有磁矩所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和经典电磁学：用圆电流等效S固有磁矩I－“分子电流模型”pIS7§2顺磁质(paramagetic)与抗磁质(diamagnetic)B＝Br0—相对磁导率r

4、顺磁质抗磁质铁磁质8顺磁质（例如铝）11.651051r工程上取r1抗磁质（例如铜）r11.01051铁磁质（铁、钴、镍及其合金，铁氧体）r1且与B0有关纯铁硅钢坡莫合金r510371021105介质的磁性91、顺磁介质B0ImIm分子具有固有磁矩固有磁矩趋向外磁场方向B0pmMjMpBmBB0表面出现束缚(磁化)电流加强磁场2、抗磁介质分子固有磁矩(电子轨道、自旋磁矩的矢量和）为零。但是，电子磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁

5、场反向的感生磁矩。jBB0出现反向的表面束缚电流减弱磁场113、抗磁质的磁化抗磁质分子的固有磁矩为零（分子中各电子有磁矩，但磁效应相互抵消）加磁场时，看一个电子的磁距：.ΔLdL.MpmBeMdt若从上往下看，电子轨道作L顺时针方向进动。pmB0p在外磁场作用下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p在外磁场作用下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p在外磁场作用下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p在外磁场作用下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p在外磁场作用

6、下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p在外磁场作用下Δm电子轨道的进动L电子轨道平面pmB0p3、抗磁质的磁化Δm抗磁质分子的固有磁矩为零（分子中各电子有磁矩，但.磁效应相互抵消）ΔL加磁场时，看一个电子的磁距：.dLeM电MpmB子dtL轨若从上往下看，电子轨道作p道顺时针方向进动。m进由此产生等效的，逆时针方向动的分子电流。方向分子电流产生的附加磁矩和外磁场B0方向相反分子电流所产生的附加磁矩方向和外磁场方向相反，附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。所以抗磁质磁化结果使介质内部的磁场

7、削弱。即：BB0§3磁化的规律1、磁化强度（1）定义pmMV其中：pm对于顺磁质是指分子磁矩；对于抗磁质是指分子附加磁矩。对于顺磁质和抗磁质（统称弱磁质），介质中某一点磁化强度和该处的磁感应强度成正比：m——磁化率mr1m1MBMrB——介质磁导率0r0r(2)顺磁质的磁化当顺磁质中存在磁场时，分子电流的磁矩将与磁场方向趋于一致。这就是磁介质的磁化。出现束缚磁化电流ImIm(3)为了描述分子磁矩在磁场中的取向排列的整齐程度，定义磁化强度矢量：p

8、mPM比较:PeVV(4)磁介质内部的磁感应强度由于磁介质被磁化，磁化电流将在磁介质中激发磁场，因此，磁介质中任一点P的磁感应强度应该为:BBB0式中为P点的合磁感应强度，B0为外磁场在P点的B磁感应强度，B为磁化电流在P点产生的磁感应强度。2、磁化电流与磁化强度关系假设：①介质宏观体积内，每个分子电流Im都相同；②每个分子电流所围面积为S0；③分子磁距pm取向相同。pm