Lec11-物质中的磁场-1-

1物质中的磁场电磁学2§1“分子电流”模型§2顺磁质与抗磁质§3磁化的规律§4有磁介质存在时的磁场§5.6铁磁质§5.7磁场的边界条件目录磁现象的本质是电流，物质的磁性来源于其中的“分子电流”——即磁现象的电本质

相当于一个磁偶极子分子中所有原子的磁效应可用一个等效圆电流表示，称为分子电流。“分子电流”模型和磁介质的分类一、安培的“分子电流”模型：原子：电子绕核运动分子磁矩—所有原子磁矩的矢量和抗磁质无外场作用时，对外不显磁性顺磁质无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性原子磁矩分子固有磁矩根据安培的分子电流模型，每个分子等效一个圆电流类比：无极分子类比：极性分子二、磁介质的分类介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度磁介质中的总磁感强度顺磁质抗磁质铁磁质〔铁、钴、镍等〕〔铝、氧、锰等〕〔铜、铋、氢等〕弱磁质在外界磁场作用下产生磁性，并对原磁场产生影响的物质称为磁介质。物质产生磁性的过程称为磁化。加上外磁场，分子磁矩要受到一个力矩M

的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。分子电流在外磁场作用下，产生转动，磁矩将转向外场方向—宏观上产生附加磁场。与外场方向相同磁化1、顺磁质无外磁场顺磁质的磁化有外磁场顺磁质磁化结果使介质内部的磁场增强类比：取向极化电子轨道运动的磁矩〔无外磁场情况下〕电子以：v,r运动一周的时间：轨道角动量2、抗磁质抗磁质分子的固有磁矩为零，但分子中各原子仍有磁矩〔电子的轨道磁矩和自旋磁矩〕。当外场方向与电子磁矩反方向时当外场方向与电子磁矩方向相同时外磁场对电子轨道磁矩的影响假设r不变〔量子理论概念〕电子磁矩受到力矩绕磁场进动附加一磁矩与外场反向。结论当外场方向与电子磁矩方向成一角度时

附加磁场与外场反向。类似陀螺的进动类比：位移极化

抗磁质磁化结果使介质内部的磁场削弱.说明：所有介质均具有抗磁性顺磁质在外场的作用下也会产生反向的附加磁矩，但由于它要比固有磁矩小到5个数量级以上，故可忽略。12磁浮热解碳〔Pyrolyticcarbon〕1314§1“分子电流”模型§2顺磁质与抗磁质§3磁化的规律§4有磁介质存在时的磁场§5.6铁磁质§5.7磁场的边界条件目录磁化的规律〔磁化强度矢量、磁化电流、附加磁场〕一、磁化强度矢量SI单位制：定义：M与B同向顺磁质M与B反向抗磁质极化强度矢量类比电介质磁化强度越强，表示磁介质磁化程度越强。对线性均匀磁介质，WhynotM=cB?历史原因以无限长螺线管为例顺磁质在磁介质内部的任一小区域：相邻的分子环流的方向相反在磁介质外表处各点：分子环流未被抵消形成沿外表流动的面电流——磁化电流〔或束缚电流〕二、磁化电流总效果：在磁介质外表形成磁化电流，内部为0。三.磁化强度矢量与磁化电流的关系类比电介质磁化电流面密度的大小等于磁化强度的切向分量。极化电荷面密度的大小等于极化强度的法向分量磁化强度矢量沿任意闭合回路的积分，等于穿过此回路的磁化电流I’的代数和极化强度矢量经任意闭合曲面S的通量，等于该闭合曲面内极化电荷总量的负值。磁介质推导：L

i分子

SS分子放大穿过L所围曲面

S的磁化电流那么穿过dl的分子电流：设分子浓度为n，磁化强度沿任意闭合环路L的线积分，等于穿过L的磁化电流的代数和。介质外表磁化电流密度：选磁化面电流面密度=磁介质外表上通过单位长度的磁化电流。

束缚电流面密度的大小等于磁化强度的切向分量。四、附加磁场〔由磁化电流产生〕【例7.2-1】总磁场：B’与B0

同向，且|B’|<|B0|，顺磁质B’与B0

反向，且|B’|<|B0|，抗磁质B’与B0

同向，且|B’|>>|B0|，铁磁质五.磁化的规律磁介质的磁化率比照电介质电介质的极化率各向同性线性电介质各向同性线性磁介质22§1“分子电流”模型§2顺磁质与抗磁质§3磁化的规律§4有磁介质存在时的磁场§5.6铁磁质§5.7磁场的边界条件目录磁介质中的磁场磁场强度一、磁介质中磁场的高斯定理二、磁场强度磁介质中磁场的安培环路定理：磁化电流产生:外磁场求B的困难所在：比照电介质学习定义辅助的物理量---磁场强度

H:于是有如何求B？利用M和H之间的关系？线性各向同性磁介质线性各向异性磁介质SI中H单位：A/m三、线性各向同性的磁介质实验公式：：介质的磁化率：介质的磁导率：介质的相对磁导率由H定义:抗磁质顺磁质磁介质磁化率真空中28磁介质中描写恒定磁场性质和计算磁场B的完备方程组由安培环路定理由介质方程安培环路定理介质方程高斯定理I0与L环绕方向成右手螺旋时为正，反之为负。电场磁场

电场磁场电场磁场

一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率。(2)介质内外界面上的束缚电流密度例:求解〔1〕根据磁介质的安培环路定理(1)磁介质中的磁感应强度和磁化强度〔2〕由磁化强度矢量与束缚电流密度的关系内界面:外界面:介质中的磁场能量载流回路的磁能：建立磁场过程中外力克服感应电动势所做的功。磁介质

改变磁场

改变感应电动势

改变磁能。例1：如图：长直密绕螺线管〔忽略边缘效应〕解：先设电流

I

根据安培环路定理求H

BL

36电源提供的一局部能量储存在线圈内—磁能，磁能定域在磁场中。1.磁场能量密度2.磁场能量