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磁介质中的磁场
磁介质中的磁场
上章我们学习了真空中稳恒电流激发的磁场及其规律。当空间有介质存在时，磁场将与介质发生相互作用，本章简要介绍磁介质的性质、磁性的起源、以及磁介质与磁场的相互作用。
磁介质——磁场中的介质。既可是导体、也可是绝缘体。
一、磁介质中的磁场
静电场中的电介质因极化而产生极化电荷和附加场，且在介质内，附加场总是削弱原场的。
N
S
Bo
B’
B
Bo—— 外场
B’ —— 附加场
B——磁介质中的场
§11.1 磁介质 磁化强度
类似电介质的讨论，从物质电结构来说明磁性的起源。
与此类似，静磁场中的磁介质因磁化而产生磁化电流和附加磁场，但附加磁场并不总是削弱原磁场。磁介质内的总场为原场与附加磁场的矢量和。
一、 磁介质的分类
§ 12.1 磁介质 顺磁质和抗磁质的磁化
磁介质——能与磁场产生相互作用的物质
磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
（1）顺磁质
（3）铁磁质
（2）抗磁质
（4）超导体
附加磁场
磁导率——描述不同磁介质磁化后对原外磁场的影响
1 磁介质——磁场中一切物质的统称。
2 磁介质的分类
顺磁质：B’与B0同向，μr ≥1，B ≥ B0。如铝、锰、铬等。
抗磁质：B’与B0反向，μr ≤ 1，B ≤ B0。如金、银、铜等。
铁磁质：B’与B0同向，μr >>1，B >> B0。如钢、铁、钴、镍等。
顺磁质和抗磁质的磁性很弱，统称弱磁质；铁磁质的磁性很强，且具有非线性性和磁滞特性。
N
S
二、磁介质及其分类
Bo
B’
B
Bo—— 外场
B’ —— 附加场
B——磁介质中的场
根据 的大小和方向可将磁介质分为四大类
（1）顺磁质
（2）抗磁质
（4）超导体
（3）铁磁质
二.顺磁质与抗磁质的磁化
分子磁矩
轨道磁矩
自旋磁矩
——电子绕核的轨道运动
——电子本身自旋
等效于圆电流——分子电流
1、顺磁质及其磁化
分子的固有磁矩不为零
无外磁场作用时，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。
分
子
磁
矩
有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。
分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。
2.抗磁质及其磁化
分子的固有磁矩为零
在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩
电子绕核的轨道运动电子本身自旋
外磁场场作用下产生附加磁矩
抗磁： 电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。
抗磁性是一切磁介质共同具有的特性。
总与外磁场方向反向
任何物质皆由原子或分子构成。原子（分子）中的电子同时参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。
3. Ampere分子电流假说
分子磁矩在外磁场中的行为决定了磁介质的特性。
分子电流——分子中所有电子对外产生的磁效应的总和可用一等效的分子电流的磁效应来表示
分子磁矩——分子固有磁矩pm，描述分子电流的磁效应。分子磁矩的方向与电子运动的角速度方向相反。
pm
i
电子轨道运动周期
等效圆电流为
分子轨道磁矩
注意：分子磁矩应是分子中所有电子轨道和自旋磁矩的矢量和。分子磁矩在外磁场中受到磁力矩作用，使它向磁场方向偏转。
4、顺磁质和抗磁质的磁化机理
顺磁质和抗磁质的磁化可用Ampere分子电流假说解释，而铁磁质的磁化很复杂，后面我们将用磁畴的概念解释。
顺磁质的磁化机理——顺磁性
顺磁质内的磁感应强度为：
在无外磁场时，顺磁质中的每个分子虽然具有磁矩pm ≠0，但由于分子热运动而使其取向无规则，物质分子的总分子磁矩Pm= pm=0，物质对外不显磁性。
有外磁场时，各分子磁矩在外磁场力矩的作用下，向外场方向偏转取向，物质分子的总分子磁矩Pm= pm ≠ 0，从而产生附加磁场B’。 Pm和B’与B0同向——顺磁性。
无外场Bo时，分子的磁矩排列杂乱无章，介质内分子磁矩的矢量和Pm= pm=0
Bo
有外场 Bo 时，分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢量和Pm= pm ≠ 0
顺磁质内的磁感应强度为：
Pm和B’与B0同向——顺磁性。
对各向同性（均匀）磁介质，从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。
等效
对各向同性（均匀）磁介质，分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流 Is， Is产生附加磁场 B’。
Is
Bo
⊙
Bo
B’
对各向同性（均匀）磁介质，磁化电流 Is只出现在介质表面，介质内部无磁化电流。
顺磁质的磁化电流——只出现在表面

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