那么现在我们就要提到研究
磁介质的基本模型,“分子电流”模型 我们说这个问题是怎么提出来的
也就是说,这就是说为什么物质对磁场有响应?去探讨这个原因
那么,而且呢,不同类型的物质对磁场 有不同的响应,也就是说具有不同的磁性
这是为什么呢?那么当然这个是跟物质内部的
电磁结构有密切的联系,我们知道极化的时候
那么实际上有有机分子、无机分子在外电场作用下
它要么是平移,要么是转向,对吧,那么现在对于磁场来讲
这个物质内部的电磁结构也影响着这个磁化,影响着这个磁化
那么这里呢我们就建立一个基本的模型,叫“分子电流”模型
这是安培的大胆假设 我们在第二章里已经讲到,安培认为
磁介质的分子相当于一个环形电流 它是由电荷的某种运动形成的
它没有像导体当中的电流所受到的阻力,也就是说
环形电流的这个电荷的运动是不会受到阻力的
没有电阻,你如果说电子在导体当中运动
那么我们说它会受到阻力,那么主要是它跟晶格碰撞造成的
那么现在呢,这种电荷的某种运动它是不受阻力的
因此我们说分子的环流就构成一个源电流
那么原电流就会有磁矩,所以这样的磁矩我们叫分子磁矩
那么这就是说,如果有一个
分子的电流 它形成一个分子磁矩
那么这个分子磁矩呢在外磁场的作用下
这就取决于分子磁矩的取向
比如是这样画的,那么它呢,当然跟外磁场是平行的,它就不动
假如这个分子磁矩是这样 那么这个磁矩呢,在外磁场作用下一定会取向于外磁场
对不对,一定会取向于外磁场,所以呢,在外磁场作用下可以自由的改变方向
改变方向,所以我们说这是一个假设,这个假设是很重要
因为我们知道 在第二章里就讲到了,安培他把种种磁相互作用归结为
电流于电流之间的相互作用,从而建立了安培定律,就是磁作用的理论
相当于是磁场里边的一个基本的规律
那么安培提出分子电流的这个模型是用来取代
磁荷模型,因为在分子电流模型之前 磁荷模型已经很成熟了
已经很成熟了,那么我们看看这个磁荷 模型是什么意思呢,我们可以看看磁荷模型它的要点
它的要点,其实呢,磁荷模型是很好理解的,因为我们学了电场
学了电的极化,那么对于电场、电荷的这个理论我们是很清楚的,因此
实际上呢,在磁荷模型里它的要点是,它认为
磁,磁性是由基本的磁荷组成 那么磁荷呢,有正有负也是同号
相斥异号相吸,这个跟电荷有类似的例子 相互作用的特点,那么因此
它说磁荷呢,遵循磁的库仑定律 那么所谓磁的库仑定律是什么呢?它类似于电的
库仑定律,所以这个律呢也是乘上一个K
然后这是R²,qEm和q₂m
连在这一项,所以就说它跟电的
里边它把电的这个常数K换成Km
把这个电里面的电荷换成磁荷量
磁荷量,所以是类似于电库仑定律,认为 两个磁荷相互作用满足磁库仑定律,磁库仑定律
那么,因此呢同样 类似于电场的定义去定义磁场强度H
为单位点磁荷所受的磁场力 也就是说引进一个试探磁荷
引进一个试探磁荷,那么 单位点磁荷所受的磁场力就是
啊
那么就是H,叫磁场强度
叫磁场强度,所以我们说这个叫
磁场强度,因此我们在磁场里为什么 只有分子电流观点建立的理论里边
单位电流源学说你就不能不能叫磁场强度,因为它先有了
先注册了专利了,对吧,那个呢就只能叫磁感应强度
所以说两个物理意义也不同,这是单位点磁荷受的磁场力
这个呢,是单位B就是平时单位电流源所受的磁场力
这两个定义是不一样的,那么因此它可以把磁介质的分子看作磁
偶极子,那么也就是说这个磁偶极子呢
是跟对偶极子一样,这是负的磁荷 然后这是正的磁荷
那么这个之间呢是L,那么 这个就是一个磁偶极子,看成磁偶极子,所以可以
这样的一些看法,它认为磁化是什么呢? 是大量分子磁偶极子规则趋向
是正负磁荷聚集两端的过程 磁体间的作用源于其中的磁荷,那么就相当于说
一个磁偶极子和我们这里的分子电流的
磁矩是相应的,相应的,所以我们说 这个磁荷观点它的要点是这些,要点是这些
但是这个观点非常完美也非常方便 它跟电场的东西完全搬过来,我可以有
磁场强度,我可以定义磁式,然后我可以呢 去算出高斯定理和环路定理也是一个
有源无线场,那么这样的一个规律
好像逻辑上都很好,但是有一个根本的落点
就是说你的基本的东西,在实验上有没有呢
你比如说分子电流观点,我们近代物理已经研究分子电流观点是有
原子的核外的电子的相对于核的运动,轨道运动
造成的,就是轨道和自旋的磁矩,那个运动造成的 对吧,但是这个磁单单独的磁荷
正负磁荷有没有呢,到现在也没有找到 没有单独的磁极,总是成对的
要出来就是一对,所以呢,这个理论有一个根本上的
缺陷,所以说觉得这个理论还有待于进一步
证实它的最基本的东西 所以这件事情其实现在科学家一直在努力
在寻找磁单极,这就是所谓磁单极存不存在
磁单极存不存在 那么它就因为有这样一个先天的问题
所以说现在在教学里把它 减弱一些,但在分子电流观点之前
是以它为主,那么现在分子电流观点提出来,它能够比较
那个完整的解决一些问题,而且它的实验
基础是牢固的,所以说这两个观点比较起来当然分子
电流观点更为可靠一些,那么这个呢是有这样一个问题
所以我们说在这里我们简单先介绍一下
那么因此分子电流观点
这个模型可以来取代有点不足的磁荷观点
这个也不是说它一定不能存在,因为狄拉克 在30年代就认为,从量子场论的角度可以
看到磁单极是应该存在的,但是呢实验上找不到
理论上预言应该有,但是没有找到
那么其实呢,大家要知道在安培时代对于物质 的分子、原子的结构认识还是很肤浅
所以当时的电子还没有发现 所以安培所谓的分子是泛指
介质的基本微观基本单元,他就认为这样一个 微观的基本单元应该可以提供一个分子环流
这个应该说,还是这个物理上的感觉还是很对,很对
那么我们说这个是,我们现在就用分子电流观点来解释
所以我们来介绍一下,分子电流观点它的基本的模型是什么?
分子电流观点认为 作为物质的组成物质的基本单元有一些
电子,就是那个核外电子的运动 那么这个分子磁矩是由谁贡献的呢,就是由
轨道磁矩,电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和
加起来是分子的磁矩,那
么这个轨道磁矩是由原子内各个电子绕原子核的 轨道运动决定的,因为我们知道有的
原子核外只有一个电子,有的原子核外有很多个电子 有若干个轨道,所以说它总的是
各个电子绕原子的轨道运动决定它的 轨道磁矩,那么自旋磁矩呢,是
核外各个电子的自旋运动决定的,所谓自旋 你图像上说好像就像我们地球在自传叫自旋
但实际上微观粒子的自旋只是自由度
一个向上一个向下,不是真实的电子在转,有人去算过,如果真的是
机械的转动,那是不合理的,所以实际上是电子的自旋
就是它有两个自由度,一个向上一个向下,所以它叫作自旋,那么它也有磁矩
也有磁矩,那么因此所谓磁化就是外磁场 作用下大量分子电流混乱分局分布
无序的变成整齐排列,就变成整齐排列
那么,当然每一个分子电流提供一个分子磁矩,那么
磁化了的磁介质当中分子磁矩的矢量和是∑m分子
不等于0,那么于是呢 分子磁矩的整齐排列就贡献宏观上的磁化电流
Ι',虽然不同的磁介质它的磁化 机制不同,但总体上来讲是因为分子磁矩
它的贡献,∑起来有表现出一个宏观的电流