磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)課件

第十二章磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)

(MagneticFieldinMagneticMedium)

本章討論：

磁場(chǎng)對(duì)磁介質(zhì)的作用

磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§12-1磁介質(zhì)及其磁化(magnetization)

磁介質(zhì)：能影響磁場(chǎng)的物質(zhì)。原來不具有磁性的磁介質(zhì)放在磁場(chǎng)中，由于受磁場(chǎng)的作用很快顯示出磁性，稱為磁化。磁化后的磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，從而改變空間原有磁場(chǎng)的分布。由于B′的不同，磁介質(zhì)可以分為：順磁質(zhì)：B′與B0同方向，且B′<<B0（約為幾十萬分之一），B>B0，如鋁、錳、鉻、氮和氧等?？勾刨|(zhì)：B′與B0反方向，且B′<<B0

（約為幾十萬分之一）

，B<B0，如汞、鉛、銅、硫及氫等。鐵磁質(zhì)B′與B0同方向，且B′>>B0，如鐵、鈷、鎳及其合金等。強(qiáng)磁性物質(zhì)：弱磁性物質(zhì)分子電流

(molecularcurrent)、分子磁矩(molecularmagneticmoment)

1、分子電流

分子中電子有

軌道運(yùn)動(dòng)、自旋運(yùn)動(dòng)

分子中所有電子的運(yùn)動(dòng)形成分子電流(可看成是一個(gè)小的載流圓線圈)。

2.分子磁矩

(1)電子的軌道磁矩：

軌道半徑---r(圓軌道)、電子速率---、軌道電流I，電子的軌道磁矩

電子的軌道角動(dòng)量(圓軌道)L=mr

，m--電子質(zhì)量

電子軌道磁矩與軌道角動(dòng)量的關(guān)系

(2)電子自旋磁矩

實(shí)驗(yàn)證明：電子有自旋(內(nèi)稟)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)有自旋磁矩(spinmagneticmomemt)，大小為

(3)分子磁矩p核-核(自旋)磁矩(約為電子磁矩的1/2000倍),分子磁矩是分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩及所有核磁矩的矢量和。

電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩與角動(dòng)量PmLe順磁質(zhì)除有順磁性外還有抗磁性：(1)外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)的作用當(dāng)分子處于外磁場(chǎng)中時(shí)，電子的軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)受一力矩根據(jù)角動(dòng)量定理

在力矩作用下，L繞B0

進(jìn)動(dòng)(旋進(jìn))。(2)附加磁矩

由于進(jìn)動(dòng)，電子產(chǎn)生了附加磁矩

Δpm。不管電子軌道運(yùn)動(dòng)方向如何，所產(chǎn)生的附加磁矩總與外磁場(chǎng)方向

相反(見圖)。

對(duì)自旋磁矩、核磁矩，在外磁場(chǎng)中也會(huì)產(chǎn)生附加磁矩。(3)感生磁矩

Δp感(inducedmagneticmomemt)感生磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。Δp感總與外磁場(chǎng)方向相反，此即抗磁性的來源。(4)順磁質(zhì)的抗磁性可以忽略

抗磁質(zhì)的磁化1.抗磁質(zhì)：如鉍、汞、銅、氫。對(duì)抗磁質(zhì)分子，其所有電子和核的磁矩的矢量和為零，沒有固有磁矩(pm

=0)只有感生磁矩

Δp感。

2.抗磁質(zhì)表現(xiàn)為抗磁性

對(duì)抗磁質(zhì)

(B0為外磁場(chǎng))

§12-2磁化強(qiáng)度(magnetization)、磁化電流(magnetizationcurrent)用磁化強(qiáng)度來描寫磁化的強(qiáng)弱。1.定義：單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和對(duì)順磁質(zhì)，pm可以忽略；對(duì)于抗磁質(zhì)，pm＝0，對(duì)于真空，M＝0。2.磁化強(qiáng)度隨磁場(chǎng)增強(qiáng)而增大

對(duì)順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)均如此

單位：A/m§12-3磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度(magneticfieldintensity)

有磁介質(zhì)后，空間任一點(diǎn)的磁場(chǎng)

B0-傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)B'-磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)

出現(xiàn)“欲求B需先知道B”的問題，

引入一輔助的物理量：磁場(chǎng)強(qiáng)度。

在磁場(chǎng)中任取一環(huán)路L，它套住的電流

有：傳導(dǎo)電流和磁化電流。由安培環(huán)路定理：

引入磁場(chǎng)強(qiáng)度H的環(huán)路定理：沿任一閉合路徑H的環(huán)量等于此閉合路徑環(huán)繞的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

H的環(huán)量只和傳導(dǎo)電流有關(guān)，但H既和傳導(dǎo)電流又和磁化電流有關(guān)。(2)B和H的關(guān)系

由和M=mH引入相對(duì)磁導(dǎo)率(ralativepermeability）r=1+m

磁導(dǎo)率(permeability)＝0r

可見，對(duì)各向同性順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)都有B和H同向,B和H是線性關(guān)系有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的計(jì)算

計(jì)算步驟

§12-5鐵磁質(zhì)(ferromagneticmaterial)

基本特點(diǎn)：

m>>1；Ｂ－Ｈ關(guān)系為非線性，即不是常量，與H有復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系；H隨外場(chǎng)而變，它的變化落后于外磁場(chǎng)的變化，外場(chǎng)消失后，磁性仍能保持。（磁滯(hysteresis)現(xiàn)象）在一定的溫度（居里點(diǎn)）磁性發(fā)生突變。磁疇(magneticdomain)---鐵磁質(zhì)中存在的自發(fā)磁化的小區(qū)域(線度～10-4m)。在一個(gè)磁疇中，約有1012～1015個(gè)原子，所有這些原子的磁矩(鐵磁質(zhì)中起主要作用的是電子的自旋磁矩)可以不靠外磁場(chǎng)而通過一種量子力學(xué)效應(yīng)(交換耦合作用)取得一致方向。磁滯損耗

磁滯損耗(hysteresisloss)：鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)中工作時(shí)有發(fā)熱損耗。原因：磁疇反復(fù)變向時(shí)，由磁疇壁摩擦引起。鐵磁質(zhì)的磁化

(1)未加磁場(chǎng)時(shí)各磁疇的磁矩的取向混亂鐵磁質(zhì)宏觀不顯磁性(2)加外磁場(chǎng)后

作用：磁疇的磁矩轉(zhuǎn)向磁疇的體積變化(磁矩和B0方向相近的磁疇體積增大；和B0方向夾角大的磁疇體積減小)結(jié)果：鐵磁質(zhì)磁化B0為一定值后，所有磁疇的磁矩均指同一方向---鐵磁質(zhì)達(dá)磁飽和(m