61分子电流观点

磁介质(研究方法与电介质类似）一磁场最基本的属性*的定义及特点相互作用二什么是磁介质*实物4%暗物质23%暗能量73%*实物的组成*怎样认识暗物质三磁化现象及描述*表现*本质磁场和运动电荷之间有相互作用从以下几个方面进行研究B','BI三磁化现象及描述*表现*本质磁场和运动电荷之间有相互作用例子：电磁感应加铁芯*描述：（1）（2）四磁化规律*两种微观模型分子电流磁荷*正确认识模型等效但赋予的物理意义不同','BI,','BBIMJ磁化强度两种微观模型磁极化强度,BH四磁化规律*两种微观模型分子电流磁荷*正确认识模型等效但赋予的物理意义不同*分子电流观点中*磁介质分类r弱强铁磁质五有介质存在时磁场性质的描述*高斯定理环路定理*简化对磁场与介质相互作用的处理,BH,MBMH00(1)rBHH五有介质存在时磁场性质的描述*高斯定理环路定理*简化对磁场与介质相互作用的处理六应用*边界条件磁屏蔽*磁路定理七磁场的物质性*能量能量密度•磁性：–物质的基本属性之一，即物质的磁学特性–吸铁石——天然磁体——具有强磁性–多数物质一般情况下没有明显的磁性•磁介质（magneticmedium）–对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质–一般实物在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性，即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质•磁化（magnetization）–在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁性，简称磁化。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6-1分子电流观点习题：6.1-1,6.1-36.1-6问题的提出–为什么物质对磁场有响应–为什么不同类型的物质对磁场有不同的响应–与物质内部的电磁结构有着密切的联系两种微观模型━磁荷观点类比电荷━分子环流物质的磁性起源于原子的磁性━原子磁性量子力学━严格的磁学理论必须建立在量子力学基础上一分子环流分子电流–安培的大胆假设–磁介质的“分子”相当于一个环形电流，由电荷的某种运动形成，它没有像导体中电流所受的阻力，分子的环形电流具有磁矩，在外磁场的作用下可以自由地改变方向把种种磁相互作用归结为电流——电流相互作用，建立了安培定律——磁作用理论在安培时代，对于物质的分子、原子结构的认识还很肤浅，电子尚未发现，所谓“分子”泛指介质的微观基本单元现代的观点•分子磁矩m分子=ml+ms（矢量和）–轨道磁矩ml：由原子内各电子绕原子核的轨道运动决定–自旋磁矩ms：由核外各电子的自旋的运动决定•所谓磁化：–就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布（无序）——整齐排列（有序）–每一个分子电流提供一个分子磁矩m分子–磁化了的介质内分子磁矩矢量和m分子0–分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流I’（虽然不同的磁介质的磁化机制不同）“磁荷”模型要点•磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸•磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律）•定义磁场强度为单位点磁荷所受的磁场力•把磁介质分子看作磁偶极子•认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负磁荷聚集两端的过程，磁体间的作用源于其中的磁荷•目前没找到单独存在的磁极——？对同性电荷的稳定性、电荷的量子化、轻子结构、轻子和强子的统一组成、轻子和夸克的对称等难题等，都能给以较好的解释。不仅对电磁理论而且对整个物理学的基础理论都有巨大的影响。二磁化的描述1磁化强度矢量–为了描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度），引入磁化强度矢量的概念–磁化程度越高，矢量和的值也越大VmM分子磁矩的矢量和体积元1mA单位（安/米）意义磁介质中单位体积内分子的合磁矩.2磁化电流•介质对磁场作用的响应的结果•磁化电流不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流•能产生附加磁场，满足毕奥-萨伐尔定律•附加场反过来要影响原来空间的磁场分布•磁介质均匀时，只有介质表面处，分子电流未被抵销，有磁化电流磁化电流与传导电流•传导电流–载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，产生焦耳热，产生磁场，遵从电流产生磁场规律•磁化电流–磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子电流统计平均的宏观效果•相同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律•不同之处：电子都被限制在分子范围内运动；分子电流运行无阻力，即无热效应磁化的描述•三者从不同角度定量地描绘同一物理现象——磁化，之间必有联系，这些关系——磁介质磁化遵循的规律描绘磁化''0BBBIM3磁化强度矢量与磁化电流的关系•磁化强度矢量沿任意闭合回路L的积分等于通过以L为周界的曲面S的磁化电流的代数和，即LLIldM内'通过以L为界S面内全部分子电流的代数和证明：把每一个宏观小体积内的分子看成完全一样的电流环即用平均分子磁矩代替每一个分子的真实磁矩aIm分子设单位体积内的分子环流数为n，则单位体积内分子磁矩总和为ManIm分子在磁介质中划出任意宏观面S来考察：令其边界线为L，则介质中的分子环流分为三类在L上取线元dl为轴线，a为底作柱体，凡中心处在V内的分子环流都为dl所穿过，共有分子数ldannadlVnNcos对电流的贡献•不与S相交•整个为S所切割，即分子电流与S相交两次•被L穿过的分子电流，即与S相交一次•只有第三种情形对电流有贡献，'dIINnIadlMdl沿闭合回路L积分得普遍关系•j：磁化电流密度–表示单位时间通过单位垂直面积的磁化电流•均匀磁化：M为常数，j=0，介质内部没有磁化电流，磁化电流只分布在介质表面LLIldM内'通过以L为界S面内全部分子电流的代数和()SSMdSjdSMj积分形式微分形式M与介质表面磁化电流的关系•证明–在介质表面取闭合回路–穿过回路的磁化电流''iMinMt或面磁化电流密度liI''LaddccbbaldMldMldMldMldMbatdlMbc、dadlM=0''iMlilMtt4磁化强度矢量和B的关系•磁介质磁化后，一般说来，磁化强度矢量应由总磁感应强度确定0'BBB•磁介质的磁化规律（通常由实验确定）•磁介质种类繁多，结构性质各异，磁介质中M和B的关系很难归纳成一个统一的形式•线性磁介质mMkB0mrk•非线性磁介质：不满足上述关系例1长为L，直径为d的均匀磁介质圆柱体被均匀磁化，磁化强度为M，其方向与圆柱轴线平行，求1.圆柱表面的磁化电流2.轴线中点的附加磁感应强度B’''iMnMi与有限长密绕螺线管类比'inI可以用计算载流螺线管内磁场的公式计算)cos(cos2''120iB2212coscosdll所以轴线中点附加场220'dllMB讨论无限长磁介质圆柱体l,d有限，中点MB0'薄磁介质圆片l/d00)/(1/'20220dldlMdllMB如果已知外磁场为B0,则中点的总磁场应为'0BBB中点三有磁介质时的磁场性质高斯环路定理•传导电流产生+磁化电流产生00000SLLBdSBdlI内BIBMBI||''00产生附加场使介质磁化产生+0'0''SLLBdSBdlI内•总磁场遵从的规律•用上述公式计算磁场比较麻烦–磁化电流和B互相牵扯，难于测量和控制，通常也是未知的–B-S定律和安培环路定理以已知电流分布为前提•解决的办法——补充或附加有关磁介质磁化性质的已知条件000(')SLLBdSBdlII内有介质时的安培环路定理LLIldB内0'00IIldMI'ldMIldBLL000内内LLIldMB00)(传导电流0BHM0IldHL定义：磁场强度有磁介质时的安培环路定理•磁场强度沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以闭合环路为周界的任意曲面的传导电流强度的代数和。•磁场强度是一个辅助矢量•单位为安培每米，用A/m表示0LHdlI