第18章磁场中的磁介质.doc

第9章 磁场中的磁介质 §1 磁介质及其磁化 一、磁介质及其分类 1.磁介质(magnetic medium)：能够影响磁场的物质。 2.分类 (1)弱磁性物质 ·顺磁质(paramagnetic medium) ·抗磁质(diamagnetic medium) (2)强磁性物质 铁磁质(ferromagnetic material) 二、分子电流 分子磁矩 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 (molecular current) (可看成是一通电小 圆线圈)。 2.分子磁矩 电子的轨道磁矩 ·轨道半径—r (圆轨道) 电子速率—( ·轨道电流 ·电子轨道磁矩 对氢原子基态， pm = 0.93(10-23 A(m2 ·电子轨道角动量(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：电子有自旋磁矩 (spin magnetic moment) ps = 0.927(10-23 A(m2 ·自旋磁矩和自旋角动量S的关系 (3)分子磁矩 p分 =[ (所有电子(pm + ps)] +( p核 p核 — 核(自旋)磁矩 分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩与所有核磁矩的矢量和。 三、顺磁质的磁化 在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象称磁化(magnetization)。 1.顺磁质(如铝、铂、氧) ·无外磁场时， p分 ( 0 (固有磁矩) (intrinsic magnetic moment) 由于热运动，其取向混乱 ·(V(宏观小微观大)内 (p分= 0 2.顺磁质的顺磁性 ·有外磁场时，p分沿外磁场取向， (V内 (p分 ( 0 ·p分取向后，产生附加磁场B( B = B0 + B( B( ((B0 ， (B(B0) 此即顺磁质的顺磁性， p分取向则是顺磁性的来源。 3.顺磁质的抗磁性 (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 M = pm ( B0 ·在力矩作用下，L绕B0进动。 根据是角动量定理 (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， 附加磁矩总与外磁场方向相反。 ·对自旋磁矩，外磁场也有同样作用。 (3)感应磁矩 ·感应磁矩：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 ·对顺磁质 | p分| |(p感| ·顺磁质主要表现为顺磁性。 抗磁质的磁化 ·抗磁质：如铋、汞、铜、氢。 ·抗磁质分子没有固有磁矩(p分= 0)， 只有感应磁矩 (p感 ·抗磁质表现为抗磁性。 ·对抗磁质 B = B0 + B( B( ((B0 ， (B(B0) 五、磁化强度矢量 1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和 或 ·对抗磁质，M则为分子感应磁矩的矢量和。 ·单位：A/m 2.磁化强度随磁场增强而增大 ·对顺磁质、抗磁质均如此 ·具体定量关系见后 六、磁化电流 磁介质磁化后，在磁介质体内和表面上可 出现磁化电流(magnetization current)。 1.磁化体电流 (1) 磁化体电流 ·在磁介质体内取面元(S，现在求通过它的 磁化电流I (。 ·穿过(S两次的i分对I (无贡献，和(S 的 边界相套住的i分(只穿过(S一次) 对I (有贡献。 ·与边界上dl段套住的分子电流： (凡中心在dV内的i分将套住dl ) dI(= i分 ndV = i分n(S分(dl) = n(p分(dl ) = M(dl ·与(S的整个边界L相套住的分子电流 —穿过(S的磁化电流 I (= (L d I (= (L M ( dl 磁化体电流 (2)可以证明，在均匀磁介质内部，