《(电磁学06)物质的磁性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(电磁学06)物质的磁性（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十五章物质的磁性,15-1 磁介质对磁场的影响,放入磁场中的物质，通称磁介质。,由于磁介质分子中的分子电流具有分子磁矩，,磁介质的特点：,磁介质：,若把磁介质放入磁场中，就会使原磁场起变化。 实验表明：,称相对磁导率,磁介质内部总磁场得到加强顺磁质。,磁介质内部总磁场得到削弱抗磁质。,强磁性物质铁磁质。见附表15。1（P128页）,而磁介质中为什么会有上述情况，则须了解其内部的微观结构。,（1）顺磁质,在有些磁介质中，磁分子中的原子磁矩矢量耦合后具有一定的值，即具有分子的固有磁矩 ， 但由于各分子磁矩 取向杂乱无章，即 ，宏观上不显示有磁性。,（2）抗磁质,在另一些磁介质中，磁分子中的原子磁
2、矩矢量耦合后为零，即无分子的固有磁矩 ， 于是在宏观上也不显示有磁性。,1、加外磁场后,（1）顺磁质,在外磁场的 作用下，各磁分子的固有磁矩 受到磁力矩 的作用，都力图转到 的方向，这样由分子磁矩所产生的附加磁场 就与 的方向相同，于是磁介质内部总的 就得到加强。,顺磁效应,在外磁场的作用下，抗磁质中的电子附加磁矩 总是与 的方向相反，因此这附加磁矩所产生的附加磁场的方向也总是与 方向相反，这时在抗磁质中的总磁场为：,抗磁效应,（2）抗磁质,上述：,顺磁质,抗磁质,通称弱磁性物质,也就是说，其所产生的附加磁场很小，约为：,以上是从微观角度来讨论不同的磁性物质所出现的不同情况。而从宏观上看，磁介
3、质放入磁场中，在介质的表面上会出现电流，此现象称为磁化。,由于通以电流 后，使在管内的磁介质中产生一均匀磁场 而 使得磁介质中的分子磁矩都规则排列，在磁介质内部的任意位置处，分子电流成对出现，且方向相反，相互抵消，而在截面边缘，分子电流彼此加强，形成与截面边缘重合的圆电流，此出现在介质表面的这种电流称为：,一无限长载流螺线管内冲满均匀磁介质,15-2 磁介质的磁化,（安培表面电流）,磁化电流,说明：,磁化电流是分子电流因磁化而呈现的宏观电流。 这电流并不伴随着带电粒子的宏观移动。所以，不同于带电粒子定向运动所产生的传导电流,15-3 H 的环路定理,一、磁场强度,在真空中，安培环路定理为：,这
4、里 指真空中的磁场； 指传导电流。,现引入磁介质以后，安培环路定理仍成立，但需作适当修正，即在磁介质中的环路定理为：,令：,称磁场强度,二、磁介质中的安培环路定理,磁场强度沿任意闭合回路的线积分等于通过该回路所包围的传导电流的代数和,称磁导率,15-4 铁磁质,铁磁质是一种非线性介质，其磁化规律，磁化的微观结构都与顺、抗磁质不一样。下面先讨论铁磁质的微观结构。,一、磁畴,近代的科学实践证明，铁磁质磁性的主要来源于电子的自旋磁矩。,1、无外磁场时,电子自旋磁矩可在小范围内自发地排列起来，形成一个个小的“自发磁化区”，这种自发磁化区称为磁畴。,至于电子自旋磁矩为什么会形成 “自发磁化区”，1907
5、年（外斯）有一种“分子场”理论可以解释；即铁磁质中存在某种内部磁场分子场，在其作用下电子自旋磁矩定向地排列起来。（唯象理论）不能真正解释磁畴的微观本质。,自从量子力学问世以后，才真正有了自发磁化的微观理论。按量子理论，电子之间存在着一种“交换作用”，它使电子自旋在平行排列时能量更低。交换作用是一种纯量子效应。,从上述理论看，虽然在每个磁畴中电子自旋磁矩趋于同一方向，但由于各磁畴内自发磁化的方向不同，所以在宏观上不显示有磁性。,2、加外磁场后,磁畴将发生变化，这种变化分为两步：,（1）外磁场较弱时：,凡是磁矩方向与外磁场相同或相近的磁畴要扩大自己的体积（畴壁外移）(a,b)。,（2）外磁场较强时
6、：,每个磁畴的磁矩方向都程度不同地向外磁场方向取向，外磁场越强，取向也越强。(c,d),上述这两种变化（畴壁移动和磁矩取向）都导致 从零逐渐增大，其方向与外场相同。若外场越强， 也越大，这即为起始磁化。,由于畴壁的外移及磁畴磁矩的取向是不可逆的，当磁化场减弱或消失时，磁畴不按原来变化规律逆着退回原状，这即为磁滞。,当外磁场加强到使所有磁畴的磁矩都转到与外场方向相同以后，若再增加外场， 就不可能再增加，这即为饱和磁化。,由于磁畴的起因是电子自旋磁矩的自发有序排列，而热运动又是有序排列的破坏者，因此当温度高于某一临界值时，磁畴就不存在，这时铁磁质就变成了顺磁质。这一临界温度为居里点。,所以若将一块
7、有剩磁的铁磁质加热到居里点以上再冷却，其剩磁性就会完全消失。,而磁化的变化规律由磁化曲线表示,二、磁化曲线,由于铁磁质是一种非线性介质，故其磁化规律就没有像线性介质那样有具体表达式，只能从实验中测得的曲线来加以分析。,若开始时，磁化场H=0，即处于未磁化状态，则M=0。在逐渐增加H 的过程中， M 随之增加，开始M 增加较缓慢（OA段）。然后经过一段急剧增加的过程（AB段），又缓慢下来（BS段）。再继续增大磁化场H ， M 几乎不再变化，即这时介质的磁化达到了饱和，饱和磁化强度为 。这样一段从未磁化到饱和磁化的曲线称为起始磁化曲线。,在铁磁质中，由于,所以BH 曲线的形状与MH 曲线的形状差不多，实际中经常用BH 曲线表示磁化特征。,当铁磁质的磁化达到饱和以后，如果将磁化场去掉，将发现介质的磁化状态并不恢复到原来的起点，而仍会保留有一定的磁性，这种现象称为磁滞现象。,三、磁滞回线,1、剩磁,2、矫顽力,四、铁磁质分类,1、软磁材料,矫顽力较小,意味着磁滞回线狭长，它所包围的面积小，从而在交变磁场中的磁滞损耗就小。故软磁材料适用于做各种电感元件；如变压器、镇流器、电机等的铁芯。,2、硬磁材料,矫顽力大,意味着磁滞回线肥大。适用于做永磁体。,作业：P141页15-3; 15-4,
