物理新编-02电学第2章稳定电流磁场

§2-2-7磁介质的磁场一、磁介质的磁化1、磁化由于物质的分子(或原子)中存在着运动的电荷，所以当物质放在磁砀中时，其中的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处于一种特殊的状态中，这种现象叫做磁化。磁化后的物质反过来又对磁场产生影响，我们称这种能影响磁场的物质为磁介质。2、磁介质分类设没有磁介质时的磁感应强度为Bo，附加磁场为B’，则磁介质中的总磁感应强度B

是Bo

和B’

的迭加，即：B=Bo

+B’

(1)非磁性物质

顺磁质：B>Bo

介质中磁场增大例如：锰、铬、铂、氮、氧等等。

抗磁质：B<Bo

介质中磁场减小例如：水银、铜、、硫、氯、银等等。以上这两类磁介质的附加磁场B’

的值都非常小(一般只有Bo

的十万分之几)。(2)磁性物质(铁磁质)

一些磁介质，如铁、镍、钴等，磁化后不仅附加磁场B’

的方向与Bo

相同，而且B’

的值要比Bo

大许多，因而这类物质能显著地增强和影响磁场，通常称它们为磁性物质(或铁磁质)。3、定性解释分子电流：任何物质的分子中，每个电子都在作环绕原子核的轨道运动，它们都可看成是一个很小的圆形电流，具有一定的磁矩，电子本身还有自旋，自旋也有磁矩，它们都要产生磁效应。如果把分子为一个整体，每个分子中各个电子对外界产生的磁效应的总和可以用一个等效的圆电流来表示，叫做分子电流。这些分子电流所具有的磁矩pm

叫做分子磁矩。分子磁矩无外磁场时：一些磁介质分子，分子磁矩pm

=0；另一些磁介质分子，分子磁矩pm

0，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同，整个介质不显磁性。有外磁场时：(1)分子磁矩转向一致，产生一个与外磁场

Bo

方向一致的附加磁场B’。(2)电子磁矩的附加磁矩Δpm

与外磁场Bo

方向相反，它又将产生一个与外磁场Bo

方向相反的附加磁场B’

。ΔpmBopmvfeipm与Bo同向BopmvfeiΔpmpm与Bo反向结论：不论电子磁矩与外磁场的方向一致或者相反，加上外磁场后总是产生一个与外磁场Bo

方向相反的附加磁矩Δpm，它将产生一个与外磁场方向相反的附加磁场B’。抗磁质：当无外磁场时，分子中电子磁矩相互抵消，分子磁矩总和

pm=0。

在加上外磁场后，不存在分子磁矩转向的效应，外磁场引起的附加磁矩Δpm是这类介质磁化的唯一原因。所以附加磁场B’

与外磁场Bo

方向相反。顺磁质：在无外磁场时，各个电子的磁效应不相互抵消，因而存在一个永久的分子电流，且分子磁矩pm

0。当存在外磁场时，外磁场在电子上也引起附加磁矩。但分子固有磁矩

pm

比电子附加磁矩的总和Δpm

大得多，以致Δpm

可以忽略不计。这样，顺磁质在磁场中的磁化主要是由于pm

的取向作用所引起。因此其附加磁场B’

与外磁场Bo

方向一致。二、磁化强度1、磁化强度矢量

M

单位体积内分子磁矩的矢量和，即：M=Σi

pmi/ΔV其中：ΔV为在磁介质内取一个宏观体积元，

Σi

pmi

为体积元内所有分子磁矩pmi

的矢量和。在SI制中，磁化强度M的单位是安培/米(A/m)。2、磁化强度M

与束缚电流I’的关系∮LM·dl=Σ(L内)I’束缚电流(磁化电流)：由于磁介质在外磁场磁化下产生的电流。一般在磁介质的表面上，它是分子内的电荷运动一段段接合而成的，不同于金属中自由电子定向运动形成的传导电流。自由电流：金属中的传导电流，以及其他由电荷的宏观移动形成的运流电流。B0si...I..si++++++磁化面电流l传导电流.束缚电流(磁化电流)形成机理示意图三、磁介质中安培环流定理：∮L

B·dl=μoΣI=μoΣIo+μoΣI’式中ΣIo

和ΣI’分别是穿过安培环路L的自由电流和束缚电流的总和。因为∮LM·dl=ΣI’消去ΣI’整理得：∮L(B/μo-M)·dl=ΣIo定义：磁场强度

MagnetizingfieldH=B/μo-M

得：∮L

H·dl=ΣIo∮L

H·dl=ΣIo此式说明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自由电流的代数和，这一关系叫做安培环流定理。物理意义：磁场

H

是有旋场，非保守场B、H、M三者之间关系：M=m

H式中m

称为物质的磁化率，磁化率m

表示介质对于外界磁场的反应，并且与介质的原子和分子的性质有关。H=B/μo-MM=m

HB=μo(H+M)=μo(H+m

H)=μo(1+m)H=μoμr

H

B=μH介质的磁导率：μ=μoμr=μo(1+m)

相对磁导率：μr=1+m

一般顺磁性和抗磁性物质的m<<1小很多，所以μr=1+m

1。顺磁质和抗磁质的磁化率和磁导率都与H无关的常数；

铁磁质的情况很复杂，一般说来M

和H

不成比例，甚至没有单值关系，即

M

的值不能由H