大学物理16章.ppt

5） 由B ~ H 图 可以看出，铁磁质的相对磁导率不是常数， 它与磁场强度成非线性关系。 第十六章 磁介质 3、铁磁质的主要特性及其应用。 1、磁介质磁化及其微观本质。 2、磁场强度 及磁介质中的安培环路定理。 本章的主要内容 §16.1 顺磁质、抗磁质及其磁化 一、磁介质的分类 1、磁介质: 在磁场的作用下性质发生变化并影响原磁场分布 的物质。 轨道磁矩 自旋磁矩 分子 电子 磁效应 总和 等效圆电流 分子磁矩 磁介质宏观上不显磁性。 无外磁场时， 2、磁介质分类： 1）顺磁质— 介质被磁化后产生的磁矩方向与外磁场的方向相同，能使磁场略有增强，这类物质称为顺磁质。 2）抗磁质 — 介质被磁化后产生的磁矩方向与外磁场的方向相反，能使磁场略有减弱，这类物质称为抗磁质。 磁 介 质 弱磁质 强磁质 分子的固有磁矩不为零，称为有矩分子。 分子的固有磁矩为零，称为无矩分子。 顺磁质 抗磁质 铁磁质 二、磁介质的磁化： 1、顺磁质的磁化： 宏观上不显磁性。 无外磁场时：分子的固有磁矩 杂乱无章排列。 由于热运动 有外磁场时：分子磁矩 转向外磁场的方向。 磁力矩 宏观上表现：在磁介质表面出现磁化电流。在磁介质内的磁 感应强度增大。 外磁场撤消：由于热运动破坏分子磁矩的定向排列， 宏观上 对外不显磁性。 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。 2）抗磁质的磁化： 无外磁场时：抗磁质对外不显磁性。 无外磁场时,电子轨道运动的向心力只有库仑力。 有外磁场时，电子受库仑力和洛伦兹力，假设轨道的半径不变（相当于定态假设），洛伦兹力远小于库仑力。 任何磁介质都有抗磁性。但在顺磁质中，以固有磁矩的 转向为主，抗磁性被掩盖了。 外磁场撤消：宏观上又不显磁性。 宏观上表现：在磁介质表面出现磁化电流，将产生和外磁场方向相反的附加磁场。在磁介质内的磁场减小。抗磁质产生磁化电流很小。 若电子的角速度与外磁场的方向相反，也会有同样的结论。 抗磁质的磁性起源于电子作轨道运动时，在外磁场作用下会受到洛伦兹力，从而产生与外磁场方向相反的磁矩。 说明 载流子的宏观定向移动，是电荷迁移的结果。 磁介质被外磁场磁化的结果，是大量分子电流的叠加，是大量分子电流统计平均的宏观效果。 不同点 相同点 都可以产生磁场，满足毕奥-萨伐尔定律，遵从电流产生磁场规律 电荷的宏观迁移 磁化电流不能传导，电子都被限制在分子范围内运动，束缚在介质内部 磁化电流 传导电流 磁化电流与传导电流的异同 分子电流运行无阻力，即无热效应。 电荷的宏观迁移产生焦耳热。 1、磁化强度矢量：描述磁介质磁化状态的物理量 定义： 磁介质中某点附近、单位体积内分子磁矩的矢量和。 二、磁化强度与磁化电流： 假设：① 介质宏观体积内，每个分子电流 Im 都相同； ②每个分子电流平均所围面积为S 0 ； ③分子磁距 取向相同。 磁化强度： 取介质中任一以L 为边界的曲面S , 电流 A 与 S 面不相交； 电流 B 与S 面相交两次，被S 面切割； 电流C 与S 面相交一次，被L 穿过； 2、磁化强度与磁化电流的关系 则通过曲面S 的磁化电流： 磁介质中通过任一曲面S 的磁化电流强度I′等于磁化强度矢量沿S 的边界线 L 的线积分。 圆柱中的分子数： 穿过dl 的分子电流之和： 在 L 上取dl ，以dl 为轴线作圆柱体， 且底面S0为平均分子电流面积, 其法线 与 的夹角θ 。 一、磁介质内部的磁感应强度： 二、磁场强度 磁介质中的安培环路定理 在真空中： 有磁介质时： §16.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 定义：磁场强度 磁介质中的安培环路定理 : 磁介质内磁场强度矢量沿任一闭合路径的积分等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和I 0 。 由于磁化电流与传导电流在产生磁场方面性质相同， 故有介质时，高斯定理仍成立 ( 普适性 ) 。 三、磁介质中的高斯定理： 注意： 四、线性磁介质 对大多数磁介质，实验证明：磁