当前课程知识点：University Physics - Electricity and Magnetism > Chapter III Magnetic Fields > Lecture 32 Magnetic Materials > Lecture 32 Magnetic Materials
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这一讲，我们研究磁介质。
我们讨论的第一类磁介质称为顺磁质。顺磁质内部，原子存在固有磁矩。
在顺磁质内，固有磁矩相互作用较弱，磁效应较弱。
没有加磁场的时候，各个固有磁矩取向杂乱无章。施加外磁场后，磁矩趋于于外场同向排列。
例如，我们将顺磁质放入外场B0，正如之前讨论的，由于力矩的作用，磁矩取向趋于与外场平行，产生磁化。磁化强度为M。
请注意M平行于B0，所以介质内的磁场被增强。总磁场等于两个磁场的矢量和，这里的Bm是由固有磁矩的磁化产生的附加磁场，等于μ0乘以M。
现在我们比较一下电介质和顺磁质在外场中的区别。
在两种情形下，电偶极矩和磁偶极矩都会在力矩的作用下发生转动，取向都趋于与外场平行。
但是，顺磁质被磁化的结果，是增强了磁场，然而，电介质被极化的结果，是削弱了电场。
实验发现，磁化强度M与外磁场B0成正比，为线性关系。
此式给出了M和B0之间的关系。其中，χm 称为磁化率，是一个无量纲的量。
代换M后，介质内的磁场B可以写成此式。其中，κm等于1加上χm, 称为磁介质的相对磁导率。
对于顺磁质，χm大于零，κm大于1.磁介质的磁导率可以定义为：μm等于相对磁导率κm乘以μ0。
显然，顺磁质的磁导率μm大于真空磁导率μ0。
第二类磁介质是抗磁质。在抗磁质内部，分子的固有磁矩为零。。
当加上外磁场后，磁介质被磁化，产生磁矩。但产生的磁矩方向与外场相反。
于是，磁化强度M和附加磁场Bm与外磁场B0反向，导致介质内的磁场减小。这个效应与电介质削弱电场的效应相似。
在抗磁质中，κm 小于 1， 因此磁导率μm 小于真空磁导率 μ0.
这里需要注意的是，抗磁性存在于所有物质，但是抗磁性相比于顺磁性和铁磁性非常弱。只有当其它磁效应不存在的时候，才显示出抗磁性。
这是一个完全抗磁的例子。超导体进入超导状态，显示出抗磁性。
由于外加磁场的场线无法进入超导体内部，导致内部磁场非常弱或为零。这个现象称为迈斯纳效应。
请看这幅图，由于这个效应，小磁铁悬浮于超导体上方。
现在我们再来看第三类磁介质——铁磁质。与顺磁质和抗磁质相比，由于相邻原子磁矩之间的强相互作用，铁磁质具有非常强的磁效应。
典型的铁磁质包括铁，钴，镍等。
由于相邻原子磁矩的相互作用非常强烈，使得铁磁质内部的磁矩有序化程度比顺磁质高得多。
一旦磁矩有序化，即使外场撤除，介质仍然保留磁化。让我们来仔细探讨一下铁磁质的磁效应。
如图所示，所有铁磁质都是由一些微小的区域——磁畴构成。这些区域内，所有磁矩都是有序化的。
请看这幅图。当介质放置在外磁场B0中，磁畴的尺寸变大，直至所有磁畴的磁矩都沿外场方向排列。
当外场撤除后，介质仍能保留与原来外场同向的净磁化强度。
因此，铁磁质可以显著地增大磁场。磁铁内部的总磁场数量级可以比外加磁场大10的三次方或四次方这样的数量级。
铁磁质的相对磁导率κm不是常数。总磁场B或磁化强度M与B0也没有线性关系。磁化强度M和外磁场B0的关系取决于磁介质之前的磁化情况。
这种现象称为磁滞。这幅图描绘了磁化强度M随外磁场B0变化的函数关系。回路abcdef称为磁滞回线。
在铁磁质中，磁矩之间的强相互作用可以让它们保持有序化，即使外加磁场为零，如图所示。
于是，即使没有外场，这些取向排列一致的磁矩也会产生较强的磁场，这正是永久磁铁的根源所在。
在普通温度下，磁矩同向排列不会因为热运动而被破坏。
但是，当温度达到或超过某一临界温度，我们称为居里温度，那么磁介质就会失去剩磁。
在居里温度以上，热运动非常强烈，导致磁矩的取向变得杂乱无章，结果，铁磁质变为顺磁质。
至此，我们已经讲了很多关于磁的故事。从下一讲开始，我们进入一个新的话题——电磁感应。
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