第五章磁介质-1.ppt

北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁介质 (研究方法与电介质类比） 磁场 磁介质 磁化 后果影响外场 磁场对磁介质的作用和介质的磁化互相影响、互相制约 研究方法 磁荷观点 分子环流 以此观点讨论 物质的磁性起源于原子的磁性 原子磁性 量子力学 严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁性、磁介质、磁化 磁性： 物质的基本属性之一，即物质的磁学特性 吸铁石——天然磁体 —— 具有强磁性 多数物质一般情况下没有明显的磁性 磁介质（magnetic medium）： 对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 一般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性，即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质 磁化（magnetization） 在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而改变原来空间磁场的分布 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 “分子电流”模型 问题的提出 为什么物质对磁场有响应? 为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应,即具有不同的磁性？ 与物质内部的电磁结构有着密切的联系 分子电流 安培的大胆假设 磁介质的“分子”相当于一个环形电流，是电荷的某种运动形成的，它没有像导体中电流所受的阻力，分子的环形电流具有磁矩——分子磁矩，在外磁场的作用下可以自由地改变方向 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 假设的重要性 把种种磁相互作用归结为电流——电流相互作用，建立了安培定律——磁作用理论 以“分子电流”模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极化与磁化的内在联系 其实在安培时代，对于物质的分子、原子结构的认识还很肤浅，电子尚未发现，所谓“分子”泛指介质的微观基本单元 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 “磁荷”模型要点 磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸 磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律） 定义磁场强度 H为单位点磁荷所受的磁场力 把磁介质分子看作磁偶极子 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负磁荷聚集两端的过程，磁体间的作用源于其中的磁荷 但没有单独的磁极存在——？ 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 现代的观点 分子磁矩 m分子= ml+ ms （矢量和） 轨道磁矩ml ：由原子内各电子绕原子核的轨道运动决定 自旋磁矩ms ：由核外各电子的自旋的运动决定 所谓磁化： 就是在外磁场作用下大量分子的电流混乱分布（无序）—— 整齐排列（有序） 每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子 磁化了的介质内分子磁矩矢量和? m分子?0 分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化的描绘 磁化强度矢量 M 为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度），引入磁化强度矢量M的概念 磁化后在介质内部任取一宏观体元，体元内的分子磁矩的矢量和? m分子?0 磁化程度越高，矢量和的值也越大 M:单位体积内分子磁矩的矢量和 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流 介质对磁场作用的响应——产生磁化电流 磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。 它也能产生磁场，满足毕奥-萨伐尔定律，可以产生附加场B’ 附加场反过来要影响原来空间的磁场分布。 各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵销，形成磁化电流 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化电流与传导电流 传导电流 载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律 磁化电流 磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果 相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律 不同之处：电子都被限制在分子范围内运动，与因电荷的宏观迁移引起的传导电流不同；分子电流运行无阻力，即无热效应 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化的后果 三者从不同角度定量地描绘同一物理现象 ——磁化，之间必有联系，这些关系——磁介质磁化遵循的规律 2006.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化强度矢量M与磁化电流 关系 磁化强度矢量M沿任意闭合回路L的积分等于通过以L为周界的曲面S的磁化电流的代数和，即 通过以L为