磁介质

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13-4磁场中的磁介质

在磁场中的磁介质要和磁场发生相互作用，结果也会使磁介质和磁场

发生相应的改变。

一、磁介质及其磁化机制

1．磁介质

所谓磁介质，是指在考虑房子怎么画好看 物质受磁场的影响或它对磁场的影响时，我

们把它们统称为磁介质(magneticmedium)

一个小圆电流所产生的磁场或它受磁场的作用都可以用它的磁偶极

矩（简称磁矩）来说明。以I表示电流，S表示圆面积，则一个圆电流的

磁矩为

下面我们用一个简单的模型来估算原子内电子轨道运动的磁矩的大

小。假设电子在半径为

r

的圆周上以恒定的速率绕原子核运动。电子轨

道运动的周期就是

个电子的电量e，

。由于每个周期内通过轨道上任一截面的电量为一

在一个分子中有许多电子和若干个核，一个分子的磁矩是其中所有电

子的轨道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和。有些分子在正常情

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况下，其磁矩的矢量和为零，由这些分子组成的物质称为抗磁质

(diamagneticmedium)。

有虎头双钩 些分子在正常情况下其磁矩的矢量和不为零，而是具有一定的值，

这个值叫做分子的固有磁矩。由这些分子组成的物质称为顺磁质

(paramagneticmedium)。

2．磁介质磁

化的微观机制

（1）进动与

附加磁矩

将物质放入一外磁场

0

中，

在外磁场作用下，

电子的轨道磁矩

和自旋磁矩以及

原子核的自旋磁

矩都要受到磁力

矩的作用。

可以证明：不

论电子原来的磁

矩与磁场方向之

间的夹角是何值，在磁场

0

中，角动量进动的转向总是和

0

的方向满足

右手螺旋关系。电子的进动也相当于一个圆电流，因为电子带负电，这种等效电流的磁矩的方向永远与

0

的方向相反(图13-16a、b)。因进动而产

表示。对电子及原子核的自旋，

生的等效电流的磁矩称为附加磁矩，用

外磁场也产生相同的效果。

因此，在外磁场的力矩作用下，一个分子内的所有电子和原子核都产

生与外磁场方向相反的附加磁矩，这些附加磁矩的矢量和称为该分子在外

磁场中所产生的感应磁矩(inducedmagneticmoment)。感应磁矩的方向

总是和外磁场的方向相反的。

[动画—电子进动]

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（2）抗磁质的磁化

在抗磁质中，

每个原子或分子

中所有电子的轨

道磁矩和自旋磁

矩以及原子核的

自旋磁矩的矢量

和等于零（图

13-17a、b）。在外磁场

0

中每个

分子都要产生一

个感应磁矩，且

外磁场越强，所产生的感应磁矩

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越大。由于感应磁矩要激发一个附加磁场，其方向与外磁场方向相反（这

种现象称为抗磁质的磁化），它对外磁场起着抵消的作用，所以抗磁质磁

化后使磁介质中的磁场稍小于

（3）顺磁质

的磁化

顺磁质分子

具有固有磁矩，

在通常情况下，

由于分子热运动，各个分子固有磁

矩的方向无规则排列（图13-18a、b），其磁作用相互抵消，所以整个顺

磁质物体不显示磁性。当顺磁质放入磁场中时，其分子固有磁矩就要受到

磁场的力矩的作用。这力矩力图使分子的磁矩的方向转向陈列师 与外磁场方向一

致，当然分子的热运动会使各个分子的磁矩的这种取向不可能完全整齐。

外磁场越强，温度越低，分子磁矩的排列也越整齐，这些排列较整齐的分

子磁矩要产生一个与外磁场同方向的附加磁场，这种现象称为顺磁质的磁

化。所以顺磁质对外磁场起着增强的作用。也就是说顺磁质磁化后使磁介

质中的磁场大

于

二、磁介质的磁

化规律

1．磁化电流

根据上面的

讨论，一块均匀

顺磁质放到外磁

场中时，它的分

子的固有磁矩要

沿着磁场方向取向。一块均匀抗

磁质放到外磁场中时，它的分子要产生感应磁矩。考虑和这些磁矩相对应

的小圆电流，可以发现在磁介质内部各处总是有相反的电流流过，它们的

磁作用相互抵消了。但在磁介质表面上，这些小圆电流的外面部分未被抵

消，它们都沿着相同的方向流动，这些表面上的小圆电流的总效果相当于

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0

0

。

。

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在磁介质表面上有一层电流流过。这种电流叫磁化电流(magnetization

current)，也叫束缚电流(doundcurrent)。其面电流密度用j表怎样钓翘嘴鱼 示。磁

化电流是分子内的电荷运动一段段接合而成的，不同于导体中自由电荷定

向移动而形成的传导电流，相比之下，导体中的传导电流可称作自由电流

(freecurrent)。

一块非均匀的磁介质放入磁场中时，除了在其表面要形成面磁化电流

之外，在其内部还可以产生体磁化电流。由于顺磁质分子的固有磁矩在磁

场中的定向排列或抗磁质分子在磁场中在上午英语 产生了感应磁矩，因而在磁介质的

内部或表面上出现磁化电流的现象叫做磁介质的磁化。顺磁质的磁化电流

的方向与磁介质中外磁场的方向满足右手螺旋关系，它产生的磁场要加强

磁介质中的磁（图13-19a），抗磁质的磁化电流的方向与磁介质中外磁场

的方向满足左手螺旋关系，它产生的磁场要减弱磁介质中的磁场（图13-19

b）。这就是两种磁介质对磁场影响不同的原因。

[动画—磁化电流的形成]

2．磁介质中磁场

将磁介质放到磁场中时，由于磁场的作用，在磁介质中要出现磁化电

流，而磁化电流产生的附加磁场反过来又影响磁场的分布。这样，磁介质

中的磁场就可以写成

式中

质，与

0

是真空中的磁场的磁感应强度，它可当作是某一自由电流所激

方向相反，B

发的；是磁化了的磁介质所激发的附加磁感应强度。对于各向同性顺磁

0

方向相同，B＞B

0

；对于各向同性抗磁质，与

0

＜B

0

；而对于铁磁质来讲，B＞＞B

0

。

3．磁化强度

磁介质磁化后，在一个小体积元V内的各个分子的磁矩的矢量和都将

不等于零。顺磁质分子的固有磁矩排列得越整齐，它们的矢量和就越大。

抗磁质分子所产生的感应磁矩越大，它们的矢量和也越大。因此可以用单

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位体积内分子磁矩的矢量和来表示磁介质磁化的程度。单位体积内分子磁

矩的矢量和就叫做磁介质的磁化强度(magnetizationintensity)。以

表示小体积元V内磁介质的所有分子的磁矩的矢量和，以

磁化强度，则有

表示

式中表示小体积

元V内磁介质的某个分子的磁矩，对于顺磁质，是指分子的固有磁矩；对

于抗磁质，是指分子的感应磁矩。

实验证明在一般的实验条件下，各向同性的顺磁质或抗磁质（以及铁

磁质在一定条件下）的磁化强度都和磁感应强度成正比，其关系可表示为

由于磁介质的磁化电流是磁介质磁化的结果，所以磁化电流与磁化强

度之间一定存在某种定量关系。

考虑磁介质内部一长度元

，它和磁场的方向之间的夹角为。由

于磁化，分子磁矩要沿的方向排列，因而等效分子电流的平面将转到与

垂直的方向。设每个分子的分子电流为i，它所环绕的圆周半径为r，则与

铰链的（即套住

的）分子糯米莲藕的做法 电流的中心都将位赵州桥的特点 于以

为轴线、以r

2

为底面积的斜柱体内。以n表示单位体积内的分子数，则与

子电流为

铰链的总分

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如果dI是磁介质表面上沿表面的一个长度元，则dI将表现为面磁化

电流。dI

/

dl称做面磁化电流密度，以j表示面磁化电流密度，则由（13.4.4）

可得

即面磁化电流密度等于该表面处磁介质的磁化强度沿表面的分量。进行的拼音 当

=0，即磁化强度

与表面平行时，j

=M，磁化电流与

垂直。

在磁介质内与任意闭合路径L铰链的（闭合路径L包围的）总磁化电

流，它应等于与L上各长度元铰链的磁化电流的和，即

三、有磁介质时的安培环路定理——磁场强度

1．有磁介质时的安培环路定理

磁介质放入磁场中时，由于磁化在磁介质中要出现磁化电流，而空间

中的磁场分布也会发生相应的改变。但系统平衡后（磁介质磁化后），空

间中的磁场还是稳恒磁场，所以第十一章所述的真空中稳恒磁场的基本规

律可以推广到有磁介质时的情况中来。首先磁场的高斯榛子怎么炒熟 定理的形式与前相

同，即

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高斯定理表明：不管是在真空中，还是在磁介质中，磁感应强度通过

任意闭合曲面的通量恒等于零。也就是说磁场是无源场。下面再来推导安

培环路定理的推广形式。

为了能形象地表示出磁场中磁场强度的分布，类似于用孕妇梦见雪 磁感应线描

述磁感应强度分布的方法，我们也可以引入线来描述磁场。线与矢

量的关系规定如下：线上任一点的切线方向和该点

矢量的方向相同，

线的密度（即在与矢量垂直的单位面积上通过的线数目）和该点的

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矢量的大小相等。从（13.4.10）式可见，在各向同性的均匀磁介质中，

通过任何截面的磁感应线的数目是通过同一截面线的倍。

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