大學物理課件大學物理課件清華-磁學4

1、第9章 有磁介質存在時的磁場1 物質的磁性 磁介質對磁場的影響有磁介質的空間的磁場分布原有外磁場磁化的磁介質產(chǎn)生的附加磁場 順磁質： 抗磁質：統(tǒng)稱“弱磁質” 鐵磁質： 完全抗磁性物質：超導體處于超導態(tài)時，其內部磁場為零。2 磁介質的磁化一、 分子電流與分子磁矩： 分子中任意電子的運動繞核的旋轉軌道運動繞自身軸旋轉自旋運動均產(chǎn)生磁效應物質具有磁性的內在根源。 任意電子運動對外產(chǎn)生的總磁效應 可看作一個等效環(huán)形電流，因而具有磁矩。 從磁效應講，一個分子等效于一個圓電流分子電流分子中所有電子運動的磁矩的矢量和就是整個分子的磁矩分子磁矩，固有磁矩在沒有外磁場時：，但取向無規(guī)則宏觀上對外不顯示磁性1.

2、抗磁質的磁化：在沒有外磁場時，就單個電子而言，其軌道運動與自旋運動的磁矩均不為零。設：一個電子繞核運動的速率為V，其等效圓電流為I ，其軌道運動磁矩為 當沒有外磁場時，向心力為庫侖力：加入外磁場后，電子還受洛侖茲力作用：外磁場分兩種情況討論：二、 磁介質的磁化 A. 外磁場與磁矩方向相同：則電子所受洛侖茲力與庫侖力反向：fm使軌道運動的向心力減小。量子理論：定態(tài)上的電子運動軌道半徑不變相當于在原磁矩上增加了一個反向磁矩 ：相應應有一反向附加磁化電流 Im， 激發(fā)出一個附加磁場 B. 外磁場與磁矩方向相反：則電子所受洛侖茲力與庫侖力同向：fm使軌道運動的向心力增大。量子理論：定態(tài)上的電子運動軌道

3、半徑不變。相當于在原磁矩上增加了一個同向磁矩 ：相應應有一同向附加磁化電流 Im ，激發(fā)出一個附加磁場可見： 抗磁性源于外磁場對電子軌道運動作用的結果，在任何原子或分子結構中都會產(chǎn)生，是一切磁介質所共有的性質。2. 順磁質的磁化：，但取向無規(guī)則分子磁矩宏觀上對外不顯示磁性。2. 順磁質的磁化：有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩作用：其作用是使分子磁矩轉向外磁場的方向產(chǎn)生一等效磁化電流Im(分布電流)相應的附加磁場與外磁場同向順磁效應3 磁化強度矢量一、磁化強度矢量：表征物質的宏觀磁性或介質的磁化程度3. 對于順磁質：抗磁質：2. 真空情況：1. 單位：A/ m4. 均勻磁化：二、磁化強度與磁化

4、電流的關系：磁化面電流密度：單位長度的分子磁化面電流則通過長為l 截面積為S 的磁化電流總量為：.+磁化面電流 1. 磁化面電流密度與磁化強度的關系：磁化面電流 l一段長為l 的介質的磁化電流：這段介質對應的總磁矩大小：方向：這一段的磁化強度大?。悍较蛉鐖D說明：這是一個特例。一般情況應為：磁化電流線密度的大小等于磁化強度的切向分量。比較電介質極化關系類似2. 磁化強度環(huán)流磁化面電流 取矩形閉合回路abcda ，且：ab/cd/軸， cd在介質內， ab在介質外。（普遍適用）4 磁介質中的安培環(huán)路定理一、磁介質中的安培環(huán)路定理：1. 磁介質中的安環(huán)定理：真空中：環(huán)路內電荷定向運動形成的電流傳導電

5、流磁介質中：環(huán)路內的磁化電流傳導電流與磁化電流在空間共同激發(fā)的磁場，即：磁介質中的安培環(huán)路定理磁場強度磁介質中的安培環(huán)路定理意義：磁場強度的環(huán)流只與傳導電流有關，在形式上與磁介質的磁性無關2. 磁場強度：單位：沒有直接的物理意義。真空時：二、磁矢量 、 、 的關系：1. 磁化規(guī)律：各向同性均勻介質：磁化率純數(shù)，與介質性質有關 介質均勻：介質非均勻：真空中：順磁質：抗磁質：2. 磁導率：各向同均勻介質：其中：相對磁導率順磁質：抗磁質：磁導率說明： 鐵磁質：公式仍成立，但已非正比、單值、線性關系 對各向同均勻介質，有介質的情況可以使用與真空相似的磁場規(guī)律靜電場與穩(wěn)恒磁場的比較靜電場穩(wěn)恒磁場（靜磁場

6、）物理量高斯定理有源無旋場無源渦旋場環(huán)路定理有勢場無勢場性質方程例1：均勻密繞螺繞環(huán)內充滿均勻順磁質。已知傳導電流 I=2.0A， 單位長度的匝數(shù) n=1000 匝/m，磁導率 =5.010-4 wb。環(huán) 截面半徑平均半徑 。 求：環(huán)內的磁場強度、磁感應強度解：在環(huán)內作半徑為r 的同心回路:總匝數(shù)對稱性： 環(huán)路上各點磁場強度大小相等，方向沿該點切線。各向同均勻介質：方向：與電流套合成右手系例2：一半徑為R1 的無限長圓柱導電體(0)中均勻通有電流 I 。 其外有一半徑為R2 的無限長同軸圓柱面，其上均勻分布著 反向電流 I 。兩者間充滿磁導率為 的均勻磁介質。 求：空間任一點的磁場。解：磁場軸對稱分布，介質軸對稱分布任作一個半徑為r 的同軸圓形環(huán)路 r1 R1相等 r1 R1 R1 r2 R2且：各情況磁場方向均沿環(huán)路切線，與電流套合成右手系例3：圖示C形硅鋼電磁鐵，鐵芯外有N匝線圈，通有電流 I 。硅 鋼片的相對磁導率為r ，鐵芯邊長l ，截面積 S ，空隙高度 為d 。 求:空隙中的磁感應強度的大小。解：在鐵芯內貼近外沿取閉合回路。設空隙中各量為：5 鐵磁質的基本性質 1. 附加磁場 ，且 ，是磁場的函數(shù)，不是常