第七章磁介质doc - 贺州学院

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1、第七章磁介质本章导学（一）要求  1、理解磁化的概念和描述磁化的宏观量M的定义式；掌握磁化电流与磁化强度矢量M之间的关系  2、了解磁介质呈现顺磁性和抗磁性的原因；掌握铁磁质的三大特点：①高值，②非线性，③磁滞现象  3、掌握介质中的安培环路定理及其应用；了解H、M、B三者之间的联系和区别  4、了解磁路概念及相应的计算  5、演示实验：介质对磁场的影响（二）要点  1、磁介质的磁化磁化强度矢量磁化电流（1）磁介质及其磁化（2）磁化强度矢量（3）磁化电流  2、磁介质存在时的安培环路定理（1）磁场强度（2）介质中的安培环路定

2、理（3）介质中安培环路定理的应用  3、顺磁性与抗磁性（1）顺磁质与抗磁质（2）顺磁性与抗磁性的成因  4、铁磁质（1）铁磁质的特点（2）铁磁质的应用（3）铁磁质的成因*5、磁路及其计算（三）难点  磁化强度矢量的物理意义以及求解磁化电流的具体问题§7.1磁介质的磁化 在第三章我们已讨论了极化的电介质对电场分布影响的问题。 同样， 放在磁场中的磁介质也会影响磁场。在磁场的作用下，磁介质处于一种特殊的状态，称为磁化状态。所有物质都能够被磁化，但不同物质的磁化程度却有很大的差异。下面从物质的电结构出发说明物质的磁性。一、物质磁性

3、的微观结构    我们知道，物质是由分子组成，分子是由原子组成，而原子又可分为原子核和核外电子。近代科学实践证明，电子在原子或分子中的运动包括轨道运动和自旋两部分。绕原子核旋转的轨道运动的电子相当于一个电子流环，如图7-1所示，它使原子看上去象小磁铁，称为基元磁铁。设电子以角速度作逆时针旋转，环绕半径为，这样的电子电流具有一定的磁矩，称为电子轨道磁矩或简称电子磁矩，用表示。基元磁铁的N极方向就是电子磁矩的方向。由式（5-19）可知，电子磁矩的大小为S为电子运动轨道所包围的平面的面积，。用T表示的环绕周期，因此于是（7-1） 

4、   分子中所有电子电流的效果称为电流，所有电子磁矩的矢量和称为分子磁矩，用表示，即                 （7-2）二、磁介质的分类    各种磁介质的内部结构不完全相同， 按磁性可将介质分为三种。我们先说明在没有外磁场作用时的情况。1、无外磁场作用时    （1）在第一种磁介质中，每个分子的磁矩（相当于电介质中的有极分子），但各个分子磁矩的取向杂乱无章，沿各个方向都不占优势，因而所有分子磁矩的矢量和结论：无外磁场时这种磁介质在宏观上不显磁性。    （2）在第二种磁介质中，每个分子里电子磁矩之和为零，即（相当于

5、电介质中的无极分子）因此所有分子磁矩的总和为结论：无外磁场时这种磁介质在宏观上不显磁性。    （3）在第三种磁介质中，原子间的相互作用特别强，在这种情况下，介质内部形成一个个微小的区域，如图7-2所示。在每个小区域中，原子磁矩的排列整齐，取向相同，因而具有很强的磁性，在图中用一个箭头符号表示。这样的小区域称为磁畴。由于介质中有大量的磁畴，在没有外磁场时，这些磁畴磁矩的取向是杂乱无章的，因此磁畴所以这种磁介质在无外磁场时宏观上不显磁性。    实际上，磁畴的形状并不象示意图那样简单，其几何线度也随材料不同而异。磁畴可以在实验

6、室中观察到，其线度从微米数量级到毫米数量级范围内。2、有外磁场作用时    当存在磁场时，在每个电子磁矩上要增加一个附加磁矩。我们取电子的轨道平面与外磁场的磁感应强度互相垂直的特殊情况进行讨论。如图7-3所示，电子自身的磁矩与平行反向。中外磁场由0增加到的过程中，在空间要激发感生磁场，与反向，使电子在轨道上某点受到的感生电场力与电子在该点处的速度同向，因此电子被加速，其速度从增大到，角速度也相应地从增大到。在电子运动轨道不变的情况下，电子运动速度增大相当于电流环流增强，因而电子磁矩也要增大即由增加到。下面，对附加磁矩与磁场的

7、关系作定量的分析。    在没有外磁场时，电子眼圆形轨道运动的线速度的大小为，设轨道半径为，则使电子作圆周运动的法向力是原子核对电子的吸引力，即式中m为电子的质量。当外磁场的磁感应强度为时，运动电子受到的洛仑兹力为    按右手螺旋关系，与同向。这时电子运动的角速度变为。假设轨道的半径不变，则（7-4）    将式（7-4）展开后减去式（7-3），得当不太大时，上式两边的第二项均可忽略，即可解得        （7-5）    当外磁场的磁感应强度为时，电子运动的角速度增加了，电子磁矩也有相应的增量，按式（7-1），得上式减

8、去式（7-1）得    将式（7-5）代入，得（7-6）式中的负号表明，与反向。同理可证，当电子自身的磁矩与平行时，电子的附加磁矩与的关系仍满足式（7-6）。所以说，电子的附加磁矩具有反抗外加磁场的性质。    式（7-6）是从电子的轨道平面与外磁场的感应强度互相垂直的特例中导出的，而在一