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第六章 稳恒磁场 磁介质 哈尔滨工程大学理学院理学院 * §6-14 磁介质及其磁化机制 一 .磁介质的分类: * 相对磁导率: 实验发现：有、无磁介质的 螺旋管内磁感应强度的比值， 可表征它们在磁场中的性质。 ? 磁介质的分类： 1.顺磁质: 如氧、铝、钨、铂、铬等。 2.抗磁质: 如氮、水、铜、银、金、铋等。 3. 铁磁质: 如铁、钴、镍等 超导体是理想的抗磁体 B I 二.顺磁质和抗磁质磁化的微观机制 分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为决定磁介质的特性。 1.原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的 轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。 用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总合，称为分子电流、分子的固有磁矩。 ? pm r ? f pm ?pm B0 v ? f pm ?pm B0 v *?与B0反向： 而且： 与B0同方向 则：?pm与B0反方向。 在外电场B0作用下： *?与B0平行且同向： 与B0同方向 而且： 则：?pm与B0反方向。 结论：无论?与B0同向，还是反向,??总是与B0同 向，导致?pm总与B0反向，在理论上可以证 明当? 与B0 成任意角时， ??总是与B0的方 向一致，从而导致 ?pm总是与B0方向相反。 2.由于顺磁质和抗磁质电结构不同，导致它 们产生磁效应的根源不同。 磁介质的电结构： （1）分子中，各电子的磁矩不完全抵消，整个分 子具有磁矩Pm （2）分子中，各电子的磁矩完全抵消，整个分 子不具有磁矩，即Pm=0 构成顺磁质的分子为（1）类分子； 抗磁质的分子为（2）类分子。 两种磁介质磁效应的来源： 顺磁质：每个分子都有固有磁矩，在无B0时，由 于分子磁矩取向的无规则，所以 ?pm=0 介质处于未磁化状态，在有外磁场时， 每个pm 将受到一力矩作用，其趋势使各 个 pm转到外磁场方向上去，在一定程度 上沿B0排列起来，此种介质pm???pm, ??pm可以忽略，所以B= B0+ B’ ? B0. 抗磁质：每个分子都没有固有磁矩，在无 B0 时， 则有 ?pm=0， 介质处于未磁化状态，在 有外磁场时，每个电子?pm都与B0方向相 反，使整个分子内产生与 B0 相反的附加 磁矩 ?pm，使B= B0+ B’ ? B0 说明 外磁场 与磁介质相互作用，使其 处于特殊状态能产生新的磁矩，或 者说附加的磁场 ,这过程为磁化。 无外磁场 顺 磁 质 的 磁 化 分子圆电流和磁矩 有外磁场 同向时 反向时 无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场 抗磁质的磁化 说明：1.M是矢量，单位安培/米。 2.实验证明： 3.M 与介质特性、温度与统计规律有关。 四.分子电流：在均匀外磁场中，各向同性均匀的 磁介质被磁化，未被抵消的分子电 流沿着柱面流动，称为磁化面电流 ?m称为磁化率. 三 .磁化强度：描述磁介质被磁化强弱的物理量 顺磁质： 抗磁质： IS IS 分子电流 设 js 为圆柱形磁介质表面上“每单位长度的分子面电流”。（称分子表面电流的线密度），S为磁介质的截面，l为所选取的一段磁介质的长度 说明：一般情况下，分子电流线密度的大小等于磁化强度 的切向分量。 五. 磁化强度的环流 在均匀外磁场中，各向同性顺磁质均匀的 被磁化。 a b c d B0 M L 磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的分子电流 IS的代数和. 其中：B为总场强;I为传导电流;Is分子电流 一.有介质存在时的安培环路定理 §6-15 磁介质的磁场 磁场强度 表述：沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径 所包围的传导电流的代数和。 说明：H 的环流仅与传导电流I有关,与介质无关。(当I相 同时，尽管介质不同，H 在同一点上也不相同，