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第九章
介质中的磁场
磁介质：能够影响磁场的物质。
物质的磁化：
在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从而改变原来空间磁场的分布。
§1
磁介质的磁化
真空中的磁场
介质磁化后的附加磁场
介质中的磁场
在介质均匀充满磁场的情况下
顺磁质：磁介质在磁化过程中，磁介质所产生的附加磁场与外磁场方向相同。
一、磁介质的分类
铁磁质
磁介质分类
抗磁质
弱磁性物质
附加磁场较弱
强磁性物质
附加磁场较强
抗磁质：磁介质在磁化过程中，磁介质所产生的附加磁场与外磁场方向相反。
铁磁质：在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。
顺磁质
分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。
分子磁矩:
把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号
表示。
二、介质磁化的微观机制
1．顺磁质：分子的固有磁矩不为零。即：无外磁场时，
由于热运动，分子固磁矩排列混乱，在?V体积内，分子的固有磁矩矢量和为零，
，对外不显出磁性。
?V
有磁场时，分子固有磁矩沿着外磁场方向排列，在宏观上的任意体积内,分子的固有磁矩矢量之和不为零，对外显出磁性。
?V
B0
当外磁场越强、分子固磁矩排列越整齐、所产生的附加磁场越强。
在磁介质的?V内,
?
pm
?
0,
pm
排列整齐,产生附加磁场B?
2
电子的进动
处于外磁场中的分子，电子轨道运动受力矩
在力矩作用下，电子的角动量绕外磁场方向进动。
由于进动，电子产生了附加磁矩.
e
角动量
不管电子轨道运动方向如何，
附加磁矩总与外磁场方向相反。
对自旋磁矩，外磁场也有同样作用。
对顺磁质
附加磁矩可以忽略
电子轨道平面
3
抗磁质
抗磁质分子的固有磁矩为零
即：无外磁场时，
pm
=
0，对外不显出磁性
虽然抗磁质分子的固有磁矩为零（即
pm
=
0
)
，但是在外磁场的作用下，电子的角动量绕外磁场方向进动。
由于电子进动，产生与外磁场方向相反的附加磁矩．附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。所以抗磁质磁化结果使介质内部的磁场削弱。
采用磁化强度来定量描述磁介质在外场中的磁化行为。
不论顺磁质还是抗磁质，在外磁场中的磁化微观机制不同，但宏观上有共同之处。
三、磁化强度与磁化电流
在磁介质内取一小体积ΔV,
有外磁场时
单位体积内分子磁矩的矢量和。
没有外磁场时
1.磁化强度
2.磁化电流
.
传导电流
l
管内是均匀顺磁质
.
.
.
.
.
.
.
.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流。
设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为
（面磁化电流密度），则长为l
的一段介质上的磁化电流强度IS为
取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。
磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。
§2
磁介质中的磁场
有磁介质存在时，空间任一点的磁场
总磁场
遵从的规律
要求出介质中的磁场
,必须已知磁化电流
但
所以引入一辅助矢量—磁场强度H。
传导电流
定义：磁场强度
将
代入上式，得
两边同除以?0
，再移项
一、介质中的安培环路定理
得到磁场强度的安培环路定理
磁场强度
的安培环路定理的优点：
2）但是磁场强度
，其中包含磁化强度矢量。
1）避开了磁化电流，使得环路积分只与传导电流相联系；
沿任一闭合路径
的环量等于此闭合路径环绕的传导电流的代数和。
二、磁化规律
对于各向同性线性磁介质
为介质的磁化率
由
1.M与H的关系
2.B与H的关系
相对磁导率
磁导率
磁介质的技术参数特性:
真空中，M
=
0
无磁化现象
M和H同向，
顺磁质
抗磁质
M和H反向，
注意：
为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，
才是反映磁场性质的基本物理量。
I
I
例1
有两个半径分别为R和r的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为μr的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流I
时，试
求（1）磁介质中任意点
P
的磁感应强度的大小;
解
对称性分析
同理可求
I
I
（2）圆柱体外面一点
Q
的
磁感强度.
解：
当环内是真空时
当环内充满均匀介质时
例2
在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为μr和μ。求环内的磁场强度和磁感应强度。

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