电-磁-介-质(二)---温州大学---物理与电子信息工程学院.pptVIP

电 磁 介 质（二） 磁介质、磁化 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 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？ 我们想:与物质内部的电磁结构肯定有着密切的联系 “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——？ “磁荷”观点是历史上最初建立的磁介质理论,从现代关于原子结构的认识来看,它不太符合磁介质的微观本质. 但在一定实际领域中计算介质中的磁场时,“磁荷”观点较为简便,所以至今没有丧失其实用价值. 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 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 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I’ （虽然不同的磁介质的磁化机制不同） 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 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 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 磁化强度矢量M与磁化电流I’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 证明 把每一个宏观体积内的分子看成是完全一样的电流环即用平均分子磁矩代替每一个分子的真实磁矩 不与S相交——A 整个为S所切割，即分子电 流与S相交两次——B 被L穿过的分子电流，即与 S相交一次——C A与B对S面 总电流无贡献， 只有C有贡献 M与介质表面磁化电流的关系 证明 在介质表面取闭合回路 穿过回路的磁化电流 例题 长为L，直径为d的均匀磁介质圆柱体在外磁场中被均匀磁化，磁化强度矢量为M，M的方向与圆柱轴线平行求 所以轴线中点附加场 有磁介质时的磁场性质 传导电流产生 + 磁化电流产生 总磁场 B遵从的规律 用上述公式计算磁场遇到麻烦 磁化电流和B互相牵扯，难于测量和控制，通常也是未知的 B-S定律和安培环路定理以已知电流分布为前提 解决的办法——需要补充或附加有关磁介质磁化性质的已知条件 有介质时，第四章中给出的安培环路定理可理解为 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度H沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以闭合环路为周界的任意曲面的传导电流强度的代数和。 磁场强度：H 是一个辅助矢量 单位为安培每米，用A/m表示 问题 已知I0 ——可能求H，但因为M未知——依旧无法求B 需要描绘磁介质磁化性质的物理量，并补充H和B的关系 H和M的关系 对于各向同性线性磁介质，H、M的关系为 例题： 有一磁介质细铁环，在外磁场撤消后，仍处于磁化状态，磁化强度矢量M 的大小处处相同，M的方向如图所示。求环内的磁场强度H和磁感应强度B 问：公式B=?0?rH是否适用？ 答：不适用，因为铁环属于铁磁质 可以用B= ?0 (H+M)来讨论 方法一：用H的安培环路定理 求H—M—B 方法二：M——I’——B——H H=0 与螺绕环类比 B和M方向一致为 * * 无极分子 有极分子 电 介 质 磁 介 质 实验:将电介质放入一电场中 实验