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磁介质的磁化在线视频

磁介质的磁化

下一节:磁化电流

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磁介质的磁化课程教案、知识点、字幕

同学们好

有了分子的磁矩概念以后呢

我们就能定性的了解呢

磁场和磁介质的相互作用了

那么磁场对磁介质的相互作用呢

就表现为

磁场对磁介质的磁化

所以我们今天讲第三小节

磁介质的磁化

那么首先研究

顺磁性物质的磁化

这是一个顺磁性物质

我们知道

顺磁性物质是有固有磁矩的

在没有外场的情况之下呢

这些固有磁矩

由于热运动

这些排列非常的混乱

这些固有磁矩矢量和呢

是等于零的

也就是说

宏观上是不显磁性的

但是加了一个外场以后

不妨设这个外场

是由左向右的这些方向

每个固有磁矩

m在外磁场B0的作用之下

它会受到一个磁力矩

前面我们已经讲过了

磁矩在B0的作用之下

磁力矩是如何表达的呢

我们知道m×B

那么在这些磁力矩的作用下呢

使得固有磁矩

趋向于定向排列

沿着外磁场方向定向排列

从而宏观上显示出磁性

所谓的磁化

就是使得这些固有磁矩

从完全混乱的状态

到定向排列的这样一个

状态的一个转化过程

这就是一个磁化

为了表证磁化的程度

我们可以引入一个宏观的物理量

所谓的磁化强度

磁化强度是如下定义的

它是单位体积里面

所有磁矩的分子磁矩的矢量和

从这个定义可以看出来

在磁化前

B0等于零的时候

这些磁矩的矢量和

显然是等于零的

所以磁化强度是等于零

加上外磁场以后呢

这些分子磁矩

由向外场方向定向排列的趋势

所以它的磁化强度

是不等于零的

刚才已经说了

在外磁场的作用之下

每个分子磁矩

有沿着外磁场方向

定向排列的趋势

但是由于温度的影响

分子磁矩是不可能严格

沿着外场方向的

这个时候

我们用分子磁矩

沿着外场方向的

投影的平均值

也就是说

平均有效磁矩来表示

如果一个分子的平均有效磁矩

是mf的话

单位体积里面的分子数是n的话

很显然

磁化强度就等于n乘以mf

但在这儿有一个注意的地方

有效磁矩mf的大小

和固有磁矩m的大小是不一样的

这儿我用一个例子来说明

这个图外磁场的方向是

由左向右的方向

固有磁矩的方向是这个方向

与外场的方向夹角是θ角

那么当然它的分子电流是I

它的面积是S0

所谓的有效磁矩

就是固有磁矩

沿着外场方向的一个投影

也就是这个mf

那么从投影可以看得出来

那么电流大小没有变

但是呢面积呢

有效磁矩的面积

是固有磁矩面积

S0乘以cosθ

也就是说

有效磁矩

和固有磁矩大小的关系

是有效磁矩大概等于

固有磁矩乘以cosθ

而θ是什么呢

是固有磁矩

与外场方向之间的夹角

好 刚才是顺磁物质的磁化

那么对于抗磁物质

是如何磁化的呢

因为我们知道

对于抗磁物质来讲

它是没有固有磁矩的

它的固有磁矩

分子磁矩是等于零的

那么不加外场的时候

显然磁化强度是等于零的

那么对于等于零的这样一个

没有分子磁矩的抗磁性物质

是如何磁化的呢

那么我们以电子轨道运动为例

这是一个电子

那么做一个轨道运动

假如轨道运动的速度

是如图所示的方向

所以它的角动量的方向

是沿着这个方向

很显然

它这个轨道磁矩的方向

与角动量方向是相反的

是这个方向

我 现在呢 我加一个

由下向上的一个磁感应强度

磁场B0

那么在B0的作用之下

由于这个电子轨道运动有一个磁矩

它会受到一个磁力矩的作用

那么这个磁力矩是

大小是什么样的呢

m×B

看看m×B

当然是相离的

那么磁力力矩

力矩根据角动量定理

力矩等于角动量

随时间的变化率

有了力矩以后

它的角动量就随时间变化

而且你就发觉

这个力矩的方向

始终是垂直于角动量的方向的

那么根据角动量定理的话

那么轨道运动的角动量

将会绕着外场的方向

进行进动

进动的方向如图所示的

那么一旦进动以后

当然就有个进动的角动量

那么进动的角动量方向

显然是向上的

根据我们刚才的介绍

磁矩的方向跟角动量的方向

电子轨道运动总是相反的

现在呢

角动量方向有一个增量

那么磁矩也应该有个增量

而且磁矩的增量的方向

和轨道运动角动量增量的方向

应该是相反的

所以呢

加一个由下向上的磁场以后

它的磁矩有个增量是向下的

这样就解释了呢

对于抗磁性物质来讲的话

它产生了一个感生磁矩

感生磁矩的方向

和外场的方向是相反的

这儿我的磁场的方向

是由下往上的

如果磁场的方向是由上向下呢

我们看看这个图

这个电子轨道运动和刚才是一样的

现在我加了一个由上向下的磁场

同理和刚才的分析是一样的

它会受到一个磁力矩的作用


186
m×B

是垂直于黑板面向外的

在这样力矩的作用之下

角动量当然要做进动

进动的方向

是如红色箭头所示

所以进动以后

有一个进动的角动量

进动的角动量当然是向下的

所以感生磁矩的方向

显然与进动角动量方向是相反的

应该是向上的

也就是说与外磁场的方向是相反的

综合刚才两种情况

对于抗磁性物质来讲

它的轨道运动

总有一个感生磁矩

那么感生磁矩的方向

总是跟外磁场的方向是相反的

所以我这儿把图画在这儿了

对于一个抗磁性物质来讲

它没有固有的磁矩

所以不加外场的时候

当然磁化强度是等于零的

但在加上外场以后

比如说加了由左向右的外场以后

它会产生一个感生磁矩

而且感生磁矩的方向

与外场的方向是相反的

所以磁化强度

不等于零而且是小于零的

从而显示出宏观的磁性

那么刚才介绍

顺磁性物质的磁化

和抗磁性物质的磁化

总结一下就是

顺磁性物质分子的固有磁矩

在磁场中的定向排列

或抗磁性物质分子

在磁场中产生了感生磁矩

就是磁化

或者换一个角度来看

用另外一种表达方式

也就是说在磁场的作用之下

产生一个宏观的

磁化强度这样一个过程

我们就把它叫做磁介质的磁化

而且实验也表明了

对于顺磁性物质和抗磁性物质来讲

在一般的实验条件下

它的磁化强度

与外加的磁感应强度

是成正比的

那么这个比例系数

是这么一个复杂的式子

那么这个μr

就是我们刚才介绍的

相对磁导率

这个μo是真空里面的磁导率

如果每个分子的

平均有效磁矩是mf的话

而且单位体积里面的分子数是n的话

那么磁化强度是可以表示成

M等于n乘以mf

对于顺磁性物质来讲的话

磁化强度是大于零的

对于抗磁性物质来讲的话

磁化强度是小于零的

有了磁介质磁化的图像之后呢

我们对第一小节里面

出现的几个实验

就可以进行定性的解释了

比如说第一个实验

螺旋管里面

加了磁介质以后

加了磁介质以后的磁感应强度

和不加磁介质之前的

磁感应强度之比是μr

对抗磁性物质来讲的话

μr是小于1的

对于顺磁性物质来讲的话

μr是大于1的

为什么呢

B0是一个由左向右的外场

加上一个抗磁性物质以后

它的感生的磁化强度

是由右向左的

它产生了一个附加的磁感强度呢

是B′

是由右向左的

与外场的方向呢是相反的

所以B0加上B′叠加以后的结果呢

显然是小于B0的

这是抗磁性物质

那么对顺磁性物质

加上一个由左向右的外场B0以后

它会产生一个由左向右的

磁化强度

那么这个磁化强度

贡献的附加磁感应强度

也是由左向右的

与外场的方向是相同的

这样叠加以后的结果

当然是大于B0的

这是第一个实验

第二个实验我们说把一个物质

用悬丝吊挂在两个磁极中间

如果说抗磁性物质的话

将会受到一个向左的力

对一个顺磁性物质

将会受到一个向右的力

为什么呢

那么这儿的N极 这儿的S极

磁感应强度的方向由左向右的

由于这一个箭头

实际上这儿磁场强度是强的

所以这个附近

它的磁场强度梯度

如果由左向右为正的话

磁场强度梯度是正的

这一个抗磁性物质来讲

在由左向右的磁场的

磁化以后呢

它产生的磁化强度

是这个样子的

是由右向左的

这样的一个磁化强度

也就是说这样有一个磁矩

在这样的磁场梯度的作用之下呢

根据我们第七章讲的内容的话

当然会受到一个向左的力

同理可以分析

对铝这个顺磁性物质

将会受到一个向右的力

在结束本节之前呢

我们做一个演示实验

这儿是一个磁铁

一般的永久磁铁

这儿是一个超导材料

我现在把这个超导材料降温

降到它的临界温度以下

这个超导材料

将会悬浮在这个磁铁的上方

下面呢我们同时做一个演示实验

来说明超导材料

在临界转变温度以下的抗磁性

这儿呢是磁性材料

这两块呢里面装的是超导材料

那么现在呢两个超导材料呢

处于室温

我现在把它放在磁铁的上方

显然由于重力的作用呢

这个材料落在这个磁铁的上方

现在呢我把这两块超导材料呢

放在液氮温度里面

进行冷却

液氮的温度呢

大概是77K

我现在这个超导材料呢

是钇钡铜氧

它的超导临界转变温度呢

大概是90K

经过充分的冷却以后呢

这个超导材料呢

将会降到90K以下

也就是基本上达到78k

现在呢这个超导材料

已经冷却到78K了

我现在把它取出来

大家看到 这个超导材料呢

悬浮在这个磁铁的上方

为什么呢

因为超导材料具有很强的抗磁性

在外磁场的作用之下呢

它有很强的排斥力

如果这个排斥力呀

大于它的重力的话

将在浮在磁铁的上方

直到它的温度

升高到它的超导临界转变温度以上

就会掉下来了

好 我们本节呢

就讲到这儿

谢谢大家

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WEEK1

-电荷和库仑定律

--引言

--电荷

--库仑定律

-WEEK1--电荷和库仑定律

-电场及叠加原理,电偶极子

--电场和电场强度

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子

-高斯定律

--电通量

--立体角*

--高斯定律的证明*

--高斯定律和电场线

--高斯定律的应用

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-静电场环路定理、电势和叠加原理

--环路定理

--电势和叠加原理

--电势和叠加原理(续)

--电势梯度

--等势面

-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理

-静电能

--电荷系静电能

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--导体壳与静电屏蔽

-WEEK3--静电屏蔽

-电容及电容器

--电容及电容器

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--介质对电场的影响

-WEEK3--电介质

-极化强度矢量,极化电荷

--极化强度

--极化电荷

-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷

-WEEK3--本周作业

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

-电流微观图像和暂态过程

--电流微观图像

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

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WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--电流磁效应

--磁场和磁感应强度

-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度

-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

--毕-萨-拉定律

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

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WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

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WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

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-自感和互感

--自感

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WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

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-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

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WEEK9

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--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

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--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

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--空间相干性

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--光程

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--薄膜干涉(二)

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-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

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WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

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-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

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WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

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WEEK12

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--光电效应

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--光子(续2)

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-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

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--不确定关系

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--薛定谔方程

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--一维无限深势阱

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--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

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--电子自旋与自旋轨道耦合

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--各种原子核外电子排布

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WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

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--自由电子气体模型

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--能带

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-半导体和PN结

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