磁介质概念、

磁介质

磁介质magnetic medium

由于磁场和事物之间的相互作用，使实物物质处于一种特殊状态，从而改变原来磁场的分布。这种在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场分布的物质，称为磁介质。磁介质在磁场作用下内部状态的变化叫做磁化。

在磁场作用下表现出磁性的物质。物质在外磁场作用下表现出磁性的现象称为磁化。所有物质都能磁化，故都是磁介质。按磁化机构的不同，磁介质可分为抗磁体、顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体五大类。在无外磁场时抗磁体分子的固有磁矩为零，外加磁场后，由于电磁感应每个分子感应出与外磁场方向相反的磁矩，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向相反，此性质称为抗磁性。顺磁体分子的固有磁矩不为零，在无外磁场时，由于热运动而使分子磁矩的取向作无规分布，宏观上不显示磁性。在外磁场作用下，分子磁矩趋向于与外磁场方向一致的排列，所产生的附加磁场在介质内部与外磁场方向一致，此性质称为顺磁性。介质磁化后的特点是在宏观体积中总磁矩不为零，单位体积中的总磁矩称为磁化强度。

实验表明，磁化强度与磁场强度成正比，比例系数χm称为磁化率。抗磁体和顺磁体的磁性都很弱，即cm很小，属弱磁性物质。抗磁体的cm为负值，与磁场强度无关，也不依赖于温度。顺磁体的cm为正值，也与磁场强度无关，但与温度成反比，即cm =C/T，C称为居里常数，T为热力学温度，此关系称为居里定律。

铁磁体在低于一定温度Tc时，内部存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴，磁畴具有磁有序结构，同一磁畴内分子磁矩同向。无外磁场时不同磁畴的取向作无规分布，宏观上不显示磁性；在外磁场作用下磁畴转向，宏观体积内的总磁矩不为零，内部可产生与外磁场方向一致的、比外磁场要强得多的附加磁场。外磁场撤去后仍保留部分磁化强度。铁磁体还具有磁滞现象（见铁磁性）。铁磁体属强磁物质，是应用最广的磁介质。

反铁磁体内由于原子之间的相互作用使之与铁磁体一样具有磁有序结构，相邻自旋磁矩作反平行排列，大小恰好相抵消，因而不具有固有的自发磁化磁矩，此种性质称为反铁磁性。反铁磁体具有较大的顺磁磁化率，在一定温度TN处存在磁化率的峰值，温度大于TN时反铁磁性消失而成为顺磁体，临界温度TN称为奈耳温度。在奈耳温度TN处，反铁磁体的热胀系数和比热容等均发生突变。铁、钴、镍、锰等过渡族金属的氧化物均是反铁磁体。

亚铁磁性与反铁磁性具有相同的物理本质，只是亚铁磁体中反平行的自旋磁矩大小不等，因而存在部分抵消不尽的自发磁矩，类似于铁磁体。温度高于某一数值Tc 时，亚铁磁体变为顺磁体，Tc称居里温度。铁氧体大都是亚铁磁体。

上一章我们研究了电流在真空中激发的磁场．本章将讨论有磁介质存在时的情况。电介质处在电场中会产生极化现象，从而使空间的电场发生改变。与此类似，磁介质在磁场中会处于磁化状态，磁介质反过来也会对原来的磁场产生影响。

实验表明，不同的磁介质在磁场中磁化的效果是不同的。

在有些磁介质中，磁场大于原来的外磁场，即B>B0，这类磁介质称为顺磁质；

在另一些磁介质中，磁场小于原来的外磁场，即B

以上两类磁介质统称为弱磁物质．

还有一类磁介质，如铁、镍、钴及其合金等，磁化后可以显著地增强和影响外磁场，使B>>，这类磁介质称为铁磁质或强磁物质。

铁磁质用途广泛，平常所说的磁性材料主要是指这类磁介质。

本章只讨论各向同性的均匀磁介质的磁化机理及其对磁场分布的影响。

1．了解三种磁介质的分类，了解磁介质磁化的宏观现象和微观机理，了解对磁介质磁化的描述，如磁化电流和磁化强度。

2．理解引入磁场辅助物理量--磁场强度的目的，理解有磁介质存在时的安培环路定理，并会用该定理计算有磁介质存在时的某些对称电流的磁场分布。

3．了解铁磁质的磁化规律和磁化机理，以及铁磁质的分类和应用。

试验表明：磁介质在外磁场中可以被磁化，从而产生附加磁场，使空间的总磁场改变。

（1）

顺磁质磁化后产生附加磁场，使磁场增强；

抗磁质磁化后产生附加磁场，使磁场削弱。

一切磁现象都源于电流。从物质的电结构来看，每个分子都具有分子磁矩。弱磁性材料之所以表现为顺磁质或抗磁质，正是因为两类材料分子磁矩的不同。

物质的固有抗磁性：不论是顺磁质还是抗磁质，在外磁场中分子都首先表现出普遍的抗磁效应。

顺磁质的磁化：顺磁质在外磁场中磁化的主要原因是分子磁矩在磁力矩

作用下趋于转向外磁场的方向，从而在磁介质内部出现总体分子磁矩的有序排列，这些有序排列的分子磁矩产生沿外磁场方向的附加磁场，使磁场增强，这就是顺磁质的磁化机理。

这就是说，顺磁质在外磁场中的磁化，主要是由分子磁矩的取向作用所产生的，而抗磁效应是无足轻重的。

抗磁质的磁化：抗磁质在外磁场中的磁化，分子抗磁效应是抗磁质磁化的主要原因。尽管抗磁质的分子磁矩，但在外磁场中分子产生沿外磁场反方向的附加磁矩，这

些分子附加磁矩产生沿外磁场反方向的附加磁场，使磁场削弱，这就是抗磁质的磁化机理。

见问题讨论1

为了从宏观上描述磁介质的磁化方向和磁化强弱的程度，引入磁化强度这一物理量。

外磁场越强，磁介质中的磁化强度也越强。但在外磁场相同的情况下，顺磁质中的和抗磁质中的方向不同。对于未被磁化的磁介质，。

磁介质磁化的宏观效果：不论是顺磁质还是抗磁质，磁化后都会在磁介质的表面产生一层等效的电流，称为磁化电流。从宏观上看，磁介质中的附加磁场就是由这一层磁化电流产生的。

见问题讨论2本章重点：

1．理解磁介质的分类，及顺磁质和抗磁质的磁化机制。理解什么是磁化电流，磁化电流在空间会产生附加磁场，从而使空间的磁场分布发生变化。

2．理解引入磁场强度的目的，能分清安培环路定理的两种形式，并会用安培环路定理计算有介质存在时空间的磁场强度H 分布和磁感强度B 分布。

3．了解铁磁质的磁化特性，如磁滞回线、剩磁和矫顽力，能由磁滞回线区分硬磁材料、软磁材料等，应了解它们的用途。

本章难点：

1．磁介质的磁化机理，特别是物质的固有抗磁性。

2．正确理解有介质时的安培环路定理，特别是分清H（和B）与空间传导电流的关系，以及、和环路内部所包围电流的关系。

3．明确利用安培环路定理求解电流的磁场分布时应具备的三种对称性条件，在有磁介质的空间，应先求磁场强度H分布，再利用关系求磁感强度B分布。

4．明确铁磁质是非线性磁介质。

磁介质

物质受磁场的作用而处于一种特殊的状态，称为磁化状态。磁化后的物质反过来又要对磁场产生影响，能够影响磁场的物质为磁介质。

介质中的总磁感应强度为

其中、分别为外磁场和介质磁化产生的附加磁场。

引入相对磁导率

介质的磁导率

磁介质分类

1、抗磁质

介质的相对磁导率小于1，附加感应磁场与外场方向相反，因而总磁感应强度的大小小于外场。

2、顺磁质

介质的相对磁导率大于1，附加感应磁场与外场方向相同，因而总磁感应强度的大小大于外场。

3、铁磁质

介质的相对磁导率远远大于1，附加感应磁场与外场方向相同，总磁感应强度的大小远远大于外场。

抗磁质与顺磁质的磁化

1、抗磁质的磁化

抗磁质的分子固有磁矩为零。无外场时，介质不显磁性。当存在外场时，外场的作用将引起分子磁矩的变化，在分子上产生附加磁矩，而且附加磁矩总与外场方向相反。（附图）

2、顺磁质的磁化

顺磁质的分子固有磁矩不为零。无外场时，由于分子的热运动，分子的固有磁矩方向杂论无章，介质分子的磁矩相互抵消，对外不显磁性。当存在外场时，外场的作用将引起分子磁矩方向的变化，使分子磁矩的方向转向外场方向，产生与外场方向相同的附加磁场，故顺磁质内的磁感应强度大小总大于外场

本文以更普遍形式讨论磁介质中分子电流环模型和分子磁偶极子模型的等效性、等效范围和等效条件,并研究了这两种微观模型的区别.

磁介质中两种微观模型的等效性及其本质区别