第37讲磁介质第十二章磁场中的磁介质Chapter12MagneticBody上一章讨论了真空中磁场的性质与规律，本章讨论磁场与磁介质之间的相互作用。磁介质在磁场的作用下发生变化并反过来影响磁场。主要问题：讨论磁场和磁介质的相互作用：磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质研究磁介质对磁场的影响磁场强度、磁化强度以及它们所遵守的普遍规律介绍铁磁质的特性主要内容：§12－1磁介质，磁化强度§12－2磁场强度，磁场中的安培环路定理§12－3铁磁质§12－1磁介质磁化强度MagneticBody，Magnetization一、磁介质（MagneticMedium）1．什么是磁介质在磁场的作用下，能发生变化，并能反过来影响原磁场的物质。2．磁介质的磁化（Magnetization）即磁介质在磁场的作用所发生的变化，称为磁介质的磁化，其结果是产生了附加磁场。若真空中某点的磁感应强度为，磁介质磁化而产生的附加磁场为，则磁介质中磁感应强度为，则的方向，随磁介质的不同而不同。3．磁介质的分类：在电介质中，附加电场总是削弱原电场（反向）。而在磁介质中，的方向随介质而变。根据与方向是否相同，磁介质可分为：1）顺磁质：ParamagneticSubstance与同向，，如氧、铝、钨、铂、铬等；2）抗磁质：DiamagneticSubstance与反同，，如氮、水、铜、银、金、铋等；超导体是理想的抗磁体这两类物质，比小得多（通常只有的十万分之几），通称为弱磁质。3）铁磁质：Ferromagnetic与同向，，如及其合金、铁氧体等。这类物质的比大得多，能够显著地增强磁场，通常称它们为强磁物质，或铁磁质。二、弱磁质磁化的微观机制关于介质磁化的理论，存在着两种不同的观点：分子电流的观点和磁荷的观点。尽管两种观点的微观模型不同，但在宏观结果上完全一致，因而这两种观点是等效的。磁荷观点出现较早，分子电流是安培提出的，比较流行，揭示了电现象与磁现象之间的类在联系。1．分子磁矩顺磁质和抗磁质的磁化特性决定于物质的微观结构。物质分子中任何一个电子都同时参与两种运动：环绕原子核的运动和本身的自旋运动。这两种运动都能够产生磁效应，可以用分子电流来代替。分子电流有一定的磁矩，称为分子磁矩（Molecularmagneticmoment）。电子轨道运动相当于一个园电流——轨道磁矩电子自旋运动——自旋磁矩。因为电子带负电，所以分子磁矩与角速度反向。设电子绕核运动的速度大小为，则电子运动周期：等效圆电流：分子磁矩：分子总磁矩是分子中所的电子磁场矩的矢量和。说明：（1）电子绕核运动的磁矩与角速度反向方向相反。（2）若电子绕核运动的半径不变时，则当角速度变化时，磁矩变化为2．磁介质的磁化机理1）磁介质的磁化的微观机理当没有磁场时，抗磁质的分子磁矩为零，顺磁质的分子磁矩不为零（称为固有磁矩），但是由于热运动，这些分子电流的流向是杂乱无章的，在磁介质中的任一宏观体积中，分子磁矩相互抵消，因此对外不显磁性。将磁介质放到磁场中，磁介质将受到下面两种作用：①分子固有磁矩将受到外磁场的磁力矩作用，使各个分子磁矩要克服热运动的影响而转向外磁场的方向排列，这样各个分子磁矩将沿外磁场方向产生附加的磁场；②外磁场将使各个分子固有磁矩发生变化，即对每一个分子产生一个附加的磁矩。可以证明，不论外磁场的发现如何，总是产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩，结果会产生一个与外磁场方向相反的。2）顺磁质磁化机理——来自分子的固有磁矩无外磁场中，不具有磁性。由于分子的热运动，各分子磁矩的取向是无规则的，因而在磁介质中任一宏观的小体积内，所有分子磁矩的矢量和为零，对外不呈磁性，处于未磁化状态，如图所示。当顺磁质放在磁场中，各分子磁矩都受到磁力矩的作用，转到与外磁场一致的方向，附加的与外磁场同方向小节：顺磁质的分子固有磁矩不为零，加上外磁场后，要产生与外磁场反向的附加分子磁矩。但是由于顺磁质的分子固有磁矩一般要比附加磁矩大得多，因而在顺磁质内可以忽略不计。所以顺磁质在外磁场中得磁化主要取决于分子磁矩的转向作用，即顺磁质产生的附加磁场总是与外磁场方向相同的。3）抗磁质化机理——电子的轨道在外磁场的作用下发生变化无外磁场时，分子中所有电子绕核运动的轨道磁矩的矢量和不为零，因而不呈磁性，当抗磁质放在外磁场中，呈抗磁性。分两种情况讨论：(1)电子绕核运动的方向与相同。若电子运动半径不变，电子在磁场作用下还要受到Lorentz力的作用，在此作用力作用下，电子的角速度要增大，由增大到。下面先来计算这个。未加磁场时，向向力由库仑力提供加磁场与方向一致，则：其中