【磁疇】在鐵磁質內存在著很多個線度約為104m的小區域,叫做磁疇。
在每個磁疇中,所有原子的磁矩都向著同一方向排列整齊(自發磁化)。在無外磁場作用時,各磁疇的磁化方向不同,因此整個鐵磁質不呈現磁性。當鐵磁質置於磁場中時,其中磁化方向與外場方向相近的磁疇逐漸擴大,而方向相反的磁疇逐漸縮小。當外磁場大到一定程度後,所有磁疇的磁化方向都轉到和外磁場相同的方向,這時鐵磁質就達到了磁飽和狀態。
【磁化曲線】利用實驗方法測繪出的鐵磁質的磁感強度與磁場強度之間的關係曲線,可以看出,鐵磁質的B與H不是線性關係,應當指出,除B—H曲線外,M—H曲線也稱做磁化曲線。
【磁滯回線】鐵磁質在磁化和退磁往返過程中所構成。
與目的關係曲線,它是一閉合曲線,鐵磁質磁化過程中,磁場強度B值的變化總是落後於磁場強度H的變化,這種現象稱為磁滯,這是鐵磁質的重要特性之一。由磁滯回線可以看出,鐵磁質的磁化狀態並不能由勵磁電流或H值單值地確定,它還取決於該鐵磁質此前的磁化經曆。
11.3習題指導
一、基本思路
求解是本章習題中的主要問題。本章討論的是無限大、均勻、各向同性的磁介質,求解介質中控磁感應強度的方法有兩種:一是應用介質中的老培環路定理求另一種是應用有介質的畢奧一沙伐爾定律求。
二、教材處理本章地位
在大學物理中本章是篇幅較小的一章,隻作一般要求。本章與上一章“磁場”有著密切聯係。從特殊到一般,從個別到普遍是研究物理問題經常用到的方法。上一章我們研究了真空中磁場的性質和規律,本章把這些規律擴展到磁介質中,使之具有普遍性。近些年來,在前沿科學中磁學的進展很快,在工程技術領域磁學獲得廣泛應用,而磁學的應用幾乎離不開磁介質。對於工科學生學習磁介質的性質及其磁化規律是為後續課程及日後接觸、使用磁性材料打下一點必要的基礎。
從章節安排看,多數教材都是將磁場及磁介質兩部內容分章編排;也有些教材是將上述兩部分內容合為一章,從整體上顯得緊湊。
在章節順序上,一般是將磁介質章放在磁場之後,但也有的是將磁介質放在電磁感應之後。兩種安排方式各有特色。前一種遵循物理學規律自身的相互聯係所確定的順序——結構邏輯,從最基本的規律逐漸展開。具體地說即先講授真空中的電流磁場,然後是介質中的磁場。這種講授係統條理清晰,有易於采用與靜電場電介質類比的方式進行教學。後一種是遵循曆史發展的順序——曆史邏輯,從前到後依次講述。在學過電磁感應之後再學習磁介質有利於突破準點,對於抗磁質的磁化機理可以理解得更深刻。
本章內容的講授線索,仍是從實驗出發,根據介質磁化的不同效果引出三種磁介質。根據實驗現象探究本質,研究介質磁化的微觀機製並引出磁化強度的概念。然後研究介質中的磁場規律,引出磁場強度的概念。最後講述鐵磁質的性質及應用。
三、教法建議
本章的篇幅雖然不長,但是涉及的概念較多,並且有幾處內容學生難於理解。
針對概念繁雜、學生容易混淆的情況,不但要講出概念的本質,而且力求找出各個概念之間的內在聯係,以增加概念的條理性。
采用與電介質類比的方法進行教學有益於學生理解本章的內容。例如:順磁質的磁化和有極分子的電極化有部分類似之處:分子具有固有磁矩或固有電矩,外磁場或外電場的作用僅是取向作用。抗磁質的磁化與無極分子的電極化類似:分子磁矩或分子電矩都是在外磁場或外電場中產生的,附加場的方向都與外場方向相反。
磁介質的磁化機理是本章的難點之一,概念較多而且是以前沒有出現過的;再者,電子自旋是一種量子力學現象,不可能用經典力學給予完整的說明。許多教材都是通過磁矩解釋介質的磁化機製,但是對於磁矩的概念往往不再加以探討。這樣在學生的頭腦裏對磁矩的概念還是延襲載流線圈的磁矩,概念並沒有錯,但是缺少一個從宏觀到微觀的過渡,學生不易接受。如果通過電偶極子和電偶極矩的概念引進磁偶極子和磁偶極矩,然後從等效分子電流引出分子磁矩的概念。這樣安排學生比較容易接於,也比較符合認識規律。再者應強調區分兩種情境下磁介質的變化:即無外磁場時磁介質的微觀結構及宏觀現象;有外磁場時磁介質微觀結構的變化及宏觀現象。