1、第十五章 物質(zhì)的磁性,15-1 磁介質(zhì)對磁場的影響,放入磁場中的物質(zhì)，通稱磁介質(zhì)。,由于磁介質(zhì)分子中的分子電流具有分子磁矩，,磁介質(zhì)的特點：,磁介質(zhì)：,若把磁介質(zhì)放入磁場中，就會使原磁場起變化。 實驗表明：,稱相對磁導(dǎo)率,磁介質(zhì)內(nèi)部總磁場得到加強順磁質(zhì)。,磁介質(zhì)內(nèi)部總磁場得到削弱抗磁質(zhì)。,強磁性物質(zhì)鐵磁質(zhì)。見附表15。1（P128頁）,而磁介質(zhì)中為什么會有上述情況，則須了解其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)。,（1）順磁質(zhì),在有些磁介質(zhì)中，磁分子中的原子磁矩矢量耦合后具有一定的值，即具有分子的固有磁矩 ， 但由于各分子磁矩 取向雜亂無章，即 ，宏觀上不顯示有磁性。,（2）抗磁質(zhì),在另一些磁介質(zhì)中，磁分子中的原子

2、磁矩矢量耦合后為零，即無分子的固有磁矩 ， 于是在宏觀上也不顯示有磁性。,1、加外磁場后,（1）順磁質(zhì),在外磁場的 作用下，各磁分子的固有磁矩 受到磁力矩 的作用，都力圖轉(zhuǎn)到 的方向，這樣由分子磁矩所產(chǎn)生的附加磁場 就與 的方向相同，于是磁介質(zhì)內(nèi)部總的 就得到加強。,順磁效應(yīng),在外磁場的作用下，抗磁質(zhì)中的電子附加磁矩 總是與 的方向相反，因此這附加磁矩所產(chǎn)生的附加磁場 的方向也總是與 方向相反，這時在抗磁質(zhì)中的總磁場為：,抗磁效應(yīng),（2）抗磁質(zhì),上述：,順磁質(zhì),抗磁質(zhì),通稱弱磁性物質(zhì),也就是說，其所產(chǎn)生的附加磁場很小，約為：,以上是從微觀角度來討論不同的磁性物質(zhì)所出現(xiàn)的不同情況。而從宏觀上看，

3、磁介質(zhì)放入磁場中，在介質(zhì)的表面上會出現(xiàn)電流，此現(xiàn)象稱為磁化。,由于通以電流 后，使在管內(nèi)的磁介質(zhì)中產(chǎn)生一均勻磁場 而 使得磁介質(zhì)中的分子磁矩都規(guī)則排列，在磁介質(zhì)內(nèi)部的任意位置處，分子電流成對出現(xiàn)，且方向相反，相互抵消，而在截面邊緣，分子電流彼此加強，形成與截面邊緣重合的圓電流，此出現(xiàn)在介質(zhì)表面的這種電流稱為：,一無限長載流螺線管內(nèi)沖滿均勻磁介質(zhì),15-2 磁介質(zhì)的磁化,（安培表面電流）,磁化電流,說明：,磁化電流是分子電流因磁化而呈現(xiàn)的宏觀電流。 這電流并不伴隨著帶電粒子的宏觀移動。所以， 不同于帶電粒子定向運動所產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流,15-3 H 的環(huán)路定理,一、磁場強度,在真空中，安培環(huán)路定理為

4、：,這里 指真空中的磁場； 指傳導(dǎo)電流。,現(xiàn)引入磁介質(zhì)以后，安培環(huán)路定理仍成立，但需作適當修正，即在磁介質(zhì)中的環(huán)路定理為：,令：,稱磁場強度,二、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,磁場強度沿任意閉合回路的線積分等于通過該回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和,稱磁導(dǎo)率,15-4 鐵磁質(zhì),鐵磁質(zhì)是一種非線性介質(zhì)，其磁化規(guī)律，磁化的微觀結(jié)構(gòu)都與順、抗磁質(zhì)不一樣。下面先討論鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。,一、磁疇,近代的科學實踐證明，鐵磁質(zhì)磁性的主要來源于電子的自旋磁矩。,1、無外磁場時,電子自旋磁矩可在小范圍內(nèi)自發(fā)地排列起來，形成一個個小的“自發(fā)磁化區(qū)”，這種自發(fā)磁化區(qū)稱為磁疇。,至于電子自旋磁矩為什么會形成 “自發(fā)磁化區(qū)”，1

5、907年（外斯）有一種“分子場”理論可以解釋；即鐵磁質(zhì)中存在某種內(nèi)部磁場分子場，在其作用下電子自旋磁矩定向地排列起來。（唯象理論）不能真正解釋磁疇的微觀本質(zhì)。,自從量子力學問世以后，才真正有了自發(fā)磁化的微觀理論。按量子理論，電子之間存在著一種“交換作用”，它使電子自旋在平行排列時能量更低。交換作用是一種純量子效應(yīng)。,從上述理論看，雖然在每個磁疇中電子自旋磁矩趨于同一方向，但由于各磁疇內(nèi)自發(fā)磁化的方向不同，所以在宏觀上不顯示有磁性。,2、加外磁場后,磁疇將發(fā)生變化，這種變化分為兩步：,（1）外磁場較弱時：,凡是磁矩方向與外磁場相同或相近的磁疇要擴大自己的體積（疇壁外移）(a,b)。,（2）外磁場

6、較強時：,每個磁疇的磁矩方向都程度不同地向外磁場方向取向，外磁場越強，取向也越強。(c,d),上述這兩種變化（疇壁移動和磁矩取向）都導(dǎo)致 從零逐漸增大，其方向與外場相同。若外場越強， 也越大，這即為起始磁化。,由于疇壁的外移及磁疇磁矩的取向是不可逆的，當磁化場減弱或消失時，磁疇不按原來變化規(guī)律逆著退回原狀，這即為磁滯。,當外磁場加強到使所有磁疇的磁矩都轉(zhuǎn)到與外場方向相同以后，若再增加外場， 就不可能再增加，這即為飽和磁化。,由于磁疇的起因是電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列，而熱運動又是有序排列的破壞者，因此當溫度高于某一臨界值時，磁疇就不存在，這時鐵磁質(zhì)就變成了順磁質(zhì)。這一臨界溫度為居里點。,所以若

7、將一塊有剩磁的鐵磁質(zhì)加熱到居里點以上再冷卻，其剩磁性就會完全消失。,而磁化的變化規(guī)律由磁化曲線表示,二、磁化曲線,由于鐵磁質(zhì)是一種非線性介質(zhì)，故其磁化規(guī)律就沒有像線性介質(zhì)那樣有具體表達式，只能從實驗中測得的曲線來加以分析。,若開始時，磁化場H=0，即處于未磁化狀態(tài)，則M=0。在逐漸增加H 的過程中， M 隨之增加，開始M 增加較緩慢（OA段）。然后經(jīng)過一段急劇增加的過程（AB段），又緩慢下來（BS段）。再繼續(xù)增大磁化場H ， M 幾乎不再變化，即這時介質(zhì)的磁化達到了飽和，飽和磁化強度為 。這樣一段從未磁化到飽和磁化的曲線稱為起始磁化曲線。,在鐵磁質(zhì)中，由于,所以BH 曲線的形狀與MH 曲線的形狀差不多，實際中經(jīng)常用BH 曲線表示磁化特征。,當鐵磁質(zhì)的磁化達到飽和以后，如果將磁化場去掉，將發(fā)現(xiàn)介質(zhì)的磁化狀態(tài)并不恢復(fù)到原來的起點，而仍會保留有一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。,三、磁滯回線,1、剩磁,2、矯頑力,四、鐵磁質(zhì)分類,1、軟磁材料,矯頑力較小,意味