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1、第十二章 磁介质中的磁场 (Magnetic Field in Magnetic Medium),本章讨论： 磁场对磁介质的作用 磁介质对磁场的影响,12-1 磁介质及其磁化(magnetization),磁介质：能影响磁场的物质。原来不具有磁性的磁介质放在磁场中，由于受磁场的作用很快显示出磁性，称为磁化。磁化后的磁介质产生附加磁场，从而改变空间原有磁场的分布。,由于B的不同，磁介质可以分为：,顺磁质：B 与B0同方向，且B B0，如铝、锰、铬、氮和氧等。,抗磁质： B 与B0反方向，且B B0 （约为几十万分之一） ，BB0，如铁、钴、镍及其合金等。,强磁性物质：,弱磁性物质,磁介质磁化的微
2、观机制,大量研究表明，磁场起源于电流。如果一种物质能改变磁场，就应该用物质内部的电流来解释这种改变。对原子、分子的内部任一电子，电子绕核运动、电子自旋运动都等效一个环形电流，因而能产生磁效应。各个电子对外界产生的磁效应的总和，可用一个等效的环形电流（圆电流）表示，称为分子电流，它具有一定的磁矩，称为分子磁矩，用Pm表示。,分子电流 (molecular current) 、分子磁矩(molecular magnetic moment),1、分子电流 分子中电子有 轨道运动、自旋运动 分子中所有电子的运动形成分子电流 (可看成是一个小的载流圆线圈)。 2.分子磁矩 (1)电子的轨道磁矩： 轨道半
3、径-r (圆轨道)、电子速率-、 轨道电流I ，电子的轨道磁矩,电子的轨道角动量(圆轨道) L = m r ， m -电子质量 电子轨道磁矩与轨道角动量的关系 (2)电子自旋磁矩 实验证明：电子有自旋(内禀)运动，相应有自旋磁矩(spin magnetic momemt )，大小为 (3)分子磁矩p 核 - 核(自旋)磁矩(约为电子磁矩的 1/2000倍) , 分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩及所有核磁矩的矢量和。,顺磁质的磁化,1.顺磁质(如铝、铂、氧) 无外磁场时，pm 0 ， pm称固有磁矩(intrinsic magnetic moment) 但由于热运动， pm取向混乱，
4、V 内 pm = 0(V 是宏观上看很小、微观上看很大的一个小体积，内部有大量分子) 2.顺磁质的顺磁性 有外磁场时， pm因受力矩而沿外磁场取向，V 内 pm 0,外磁场越强 | pm |越大。 pm取向后，产生附加磁场B ,(B0为外磁场),此即顺磁质的顺磁性，p分取向则是顺磁性的来源 。,顺磁质除有顺磁性外还有抗磁性：(1)外磁场对电子轨道运动的作用当分子处于外磁场中时，电子的轨道运动会受一力矩根据角动量定理 在力矩作用下，L 绕 B0 进动(旋进)。(2)附加磁矩 由于进动，电子产生了附加磁矩 pm。不管电子轨道运动方向如何，所产生的附加磁矩总与外磁场方向 相反(见图)。 对自旋磁矩、
5、核磁矩，在外磁场中也会产生附加磁矩。(3)感生磁矩 p感 (induced magnetic momemt)感生磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。p感总与外磁场方向相反，此即抗磁性的来源。 (4)顺磁质的抗磁性可以忽略,抗磁质的磁化,1.抗磁质：如铋、汞、铜、氢。 对抗磁质分子，其所有电子和核的磁矩的矢量和为零，没有固有磁矩 (pm = 0)只有感生磁矩 p感。 2.抗磁质表现为抗磁性 对抗磁质,(B0为外磁场),12-2 磁化强度(magnetization)、磁化电流(magnetization current),用磁化强度来描写磁化的强弱。1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和 对顺磁质，
6、pm可以忽略；对于抗磁质， pm0，对于真空，M0 。2.磁化强度随磁场增强而增大 对顺磁质、抗磁质均如此,单位：A/m,磁介质磁化后，在磁介质体内和表面上可出现磁化电流 1.面磁化电流n-磁介质表面的外法线方向的单位矢量(方向：由磁介质体内指向体外)2. 体磁化电流 在均匀各向同性磁介质内部，不管磁场是否均匀，在没有传导电流的地方，也没有体磁化电流。,12-3 磁介质中的磁场 磁场强度(magnetic field intensity),有磁介质后，空间任一点的磁场,B0 - 传导电流产生的磁场 B - 磁化电流产生的磁场,出现“欲求 B 需先知道 B”的问题， 引入一辅助的物理量：磁场强度
7、 。,在磁场中任取一环路 L，它套住的电流 有：传导电流和磁化电流。由安培环路定理：,引入磁场强度,H的环路定理： 沿任一闭合路径 H 的环量等于此闭合路径环绕的传导电流的代数和。 H 的环量只和传导电流有关，但 H 既和传导电流又和磁化电流有关。,B、H、M的关系,一般关系对各向同性的非铁磁质 (1)M 和 H 的关系 :由实验：M=mH ,m磁化率(magnetic susceptibility) 对弱磁性物质| m |0 (对顺磁质) ,m1 ；关系为非线性，即不是常量，与H有复杂的函数关系；H随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，外场消失后，磁性仍能保持。（磁滞(hysteresis
8、)现象 ）在一定的温度（居里点）磁性发生突变。,宏观实验曲线 1.起始磁化曲线(initial magnetization curve)：铁磁质从未磁化到达到磁饱和的这段 B -H 关系曲线。2.磁滞回线(hysteresis loop) 磁滞损耗 (hysteresis loss) ：铁磁质在交变磁场中工作时有发热损耗,磁畴 (magnetic domain)-铁磁质中存在的自发磁化的小区域 (线度10-4m)。在一个磁畴中，约有10121015个原子，所有这些原子的磁矩(铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩)可以不靠外磁场而通过一种量子力学效应(交换耦合作用)取得一致方向。 磁滞损耗 磁滞
9、损耗(hysteresis loss)：铁磁质在交变磁场中工作时有发热损耗。 原因：磁畴反复变向时，由磁畴壁摩擦引起。,铁磁质的磁化 (1)未加磁场时各磁畴的磁矩的取向混乱铁磁质宏观不显磁性(2)加外磁场后 作用：磁畴的磁矩转向磁畴的体积变化(磁矩和B0方向相近的磁畴体积增大；和B0方向夹角大的磁畴体积减小) 结果：铁磁质磁化B0为一定值后，所有磁畴的磁矩均指同一方向-铁磁质达磁饱和(magnetic saturation) 居里温度Tc ，又称居里点(Curie point) ：当T Tc时，铁磁性消失， 铁磁质 顺磁质（ Fe：1040k，Co：1390k，Ni：630k ）原因：磁畴瓦解,
