磁介质的磁化规律和机理
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磁介质是指具有磁性的物质,比如铁、钴、镍等。
正如电介质在外电场的作用下将发生极化,磁介质在外磁场的作用下将发生磁化。
因此,磁介质的磁化与电介质的极化有许多共通之处。
对于磁介质的磁化微观机制,有两种主要的观点。
最初形成的观点是磁荷观点,将磁的N、S极看称是磁荷集聚的地方,磁介质由一个个磁偶极子组成。
后来形成的观点是分子电流观点,磁介质由一个个分子环形电流组成。
这两种观点有各自的优劣。
后一种观点几乎所有的电磁学教材均会阐述,前一种观点则较少。
但磁荷观点理解起来可能要容易一些,因为它很像电荷观点(电介质的极化),很多推导可以从电介质的极化类比过来。
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。