Lec11-物質(zhì)中的磁場-1-

1物質(zhì)中的磁場電磁學(xué)2§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時的磁場§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場的邊界條件目錄磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流，物質(zhì)的磁性來源于其中的“分子電流”——即磁現(xiàn)象的電本質(zhì)

相當(dāng)于一個磁偶極子分子中所有原子的磁效應(yīng)可用一個等效圓電流表示，稱為分子電流。“分子電流”模型和磁介質(zhì)的分類一、安培的“分子電流”模型：原子：電子繞核運動分子磁矩—所有原子磁矩的矢量和抗磁質(zhì)無外場作用時，對外不顯磁性順磁質(zhì)無外場作用時，由于熱運動，對外也不顯磁性原子磁矩分子固有磁矩根據(jù)安培的分子電流模型，每個分子等效一個圓電流類比：無極分子類比：極性分子二、磁介質(zhì)的分類介質(zhì)磁化后的附加磁感強度真空中的磁感強度磁介質(zhì)中的總磁感強度順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)〔鐵、鈷、鎳等〕〔鋁、氧、錳等〕〔銅、鉍、氫等〕弱磁質(zhì)在外界磁場作用下產(chǎn)生磁性，并對原磁場產(chǎn)生影響的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。物質(zhì)產(chǎn)生磁性的過程稱為磁化。加上外磁場，分子磁矩要受到一個力矩M

的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。分子電流在外磁場作用下，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，磁矩將轉(zhuǎn)向外場方向—宏觀上產(chǎn)生附加磁場。與外場方向相同磁化1、順磁質(zhì)無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場增強類比：取向極化電子軌道運動的磁矩〔無外磁場情況下〕電子以：v,r運動一周的時間：軌道角動量2、抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)分子的固有磁矩為零，但分子中各原子仍有磁矩〔電子的軌道磁矩和自旋磁矩〕。當(dāng)外場方向與電子磁矩反方向時當(dāng)外場方向與電子磁矩方向相同時外磁場對電子軌道磁矩的影響假設(shè)r不變〔量子理論概念〕電子磁矩受到力矩繞磁場進動附加一磁矩與外場反向。結(jié)論當(dāng)外場方向與電子磁矩方向成一角度時

附加磁場與外場反向。類似陀螺的進動類比：位移極化

抗磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場削弱.說明：所有介質(zhì)均具有抗磁性順磁質(zhì)在外場的作用下也會產(chǎn)生反向的附加磁矩，但由于它要比固有磁矩小到5個數(shù)量級以上，故可忽略。12磁浮熱解碳〔Pyrolyticcarbon〕1314§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時的磁場§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場的邊界條件目錄磁化的規(guī)律〔磁化強度矢量、磁化電流、附加磁場〕一、磁化強度矢量SI單位制：定義：M與B同向順磁質(zhì)M與B反向抗磁質(zhì)極化強度矢量類比電介質(zhì)磁化強度越強，表示磁介質(zhì)磁化程度越強。對線性均勻磁介質(zhì)，WhynotM=cB?歷史原因以無限長螺線管為例順磁質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)外表處各點：分子環(huán)流未被抵消形成沿外表流動的面電流——磁化電流〔或束縛電流〕二、磁化電流總效果：在磁介質(zhì)外表形成磁化電流，內(nèi)部為0。三.磁化強度矢量與磁化電流的關(guān)系類比電介質(zhì)磁化電流面密度的大小等于磁化強度的切向分量。極化電荷面密度的大小等于極化強度的法向分量磁化強度矢量沿任意閉合回路的積分，等于穿過此回路的磁化電流I’的代數(shù)和極化強度矢量經(jīng)任意閉合曲面S的通量，等于該閉合曲面內(nèi)極化電荷總量的負值。磁介質(zhì)推導(dǎo)：L

i分子

SS分子放大穿過L所圍曲面

S的磁化電流那么穿過dl的分子電流：設(shè)分子濃度為n，磁化強度沿任意閉合環(huán)路L的線積分，等于穿過L的磁化電流的代數(shù)和。介質(zhì)外表磁化電流密度：選磁化面電流面密度=磁介質(zhì)外表上通過單位長度的磁化電流。

束縛電流面密度的大小等于磁化強度的切向分量。四、附加磁場〔由磁化電流產(chǎn)生〕【例7.2-1】總磁場：B’與B0

同向，且|B’|<|B0|，順磁質(zhì)B’與B0

反向，且|B’|<|B0|，抗磁質(zhì)B’與B0

同向，且|B’|>>|B0|，鐵磁質(zhì)五.磁化的規(guī)律磁介質(zhì)的磁化率比照電介質(zhì)電介質(zhì)的極化率各向同性線性電介質(zhì)各向同性線性磁介質(zhì)22§1“分子電流”模型§2順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)§3磁化的規(guī)律§4有磁介質(zhì)存在時的磁場§5.6鐵磁質(zhì)§5.7磁場的邊界條件目錄磁介質(zhì)中的磁場磁場強度一、磁介質(zhì)中磁場的高斯定理二、磁場強度磁介質(zhì)中磁場的安培環(huán)路定理：磁化電流產(chǎn)生:外磁場求B的困難所在：比照電介質(zhì)學(xué)習(xí)定義輔助的物理量---磁場強度

H:于是有如何求B？利用M和H之間的關(guān)系？線性各向同性磁介質(zhì)線性各向異性磁介質(zhì)SI中H單位：A/m三、線性各向同性的磁介質(zhì)實驗公式：：介質(zhì)的磁化率：介質(zhì)的磁導(dǎo)率：介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率由H定義:抗磁質(zhì)順磁質(zhì)磁介質(zhì)磁化率真空中28磁介質(zhì)中描寫恒定磁場性質(zhì)和計算磁場B的完備方程組由安培環(huán)路定理由介質(zhì)方程安培環(huán)路定理介質(zhì)方程高斯定理I0與L環(huán)繞方向成右手螺旋時為正，反之為負。電場磁場

電場磁場電場磁場

一無限長載流直導(dǎo)線，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對磁導(dǎo)率。(2)介質(zhì)內(nèi)外界面上的束縛電流密度例:求解〔1〕根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理(1)磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度和磁化強度〔2〕由磁化強度矢量與束縛電流密度的關(guān)系內(nèi)界面:外界面:介質(zhì)中的磁場能量載流回路的磁能：建立磁場過程中外力克服感應(yīng)電動勢所做的功。磁介質(zhì)

改變磁場

改變感應(yīng)電動勢

改變磁能。例1：如圖：長直密繞螺線管〔忽略邊緣效應(yīng)〕解：先設(shè)電流

I

根據(jù)安培環(huán)路定理求H

BL

36電源提供的一局部能量儲存在線圈內(nèi)—磁能，磁能定域在磁場中。1.磁場能量密度2.磁場能量