磁性物理(第七章 讲稿)

b原子电子2 b(2)

A (1) (2) H 12 a (2) b (1)d 1d 2
两个离子外层电子交换作用能
u 2 AS1 S2 2 A S1 ( S1 1) S2 ( S 2 1) cos S1和S2分别为电子1和电子2的自旋角动量
为S1和S2的夹角
无序
抗磁性 顺磁性
反铁磁性 铁磁性 亚铁磁性
0 ≠0
≠0 ≠0 ≠0
＜1 ＞1
＞1 ＞＞1 ＞＞1
-1×(10-5~10-8) 10-4~10-5
10-2~10-4 102~106 弱磁
弱磁 强磁 强磁
有序
7.3.1
无序磁性
a.抗磁性 ： 物质中不存在未成对电子 宏观特征：在磁场中受到微弱的排斥力，即在对抗磁 场方向受力，磁化强度与外加磁场方向相反，磁化率χ ＜0 |x|=10-5～10-8 b.顺磁性： 物质中存在未成对电子 宏观特征：在磁场中受到微弱的吸引力，即在磁场增 强方向受力，磁化强度与外加磁场方向相同 ，磁化率 χ＞ 0 值很小。
T（温度）
7.3.2
铁磁性:
有序磁性
原子磁矩的排列为方向一致的整齐排列。 这种排列因受热运动而紊乱 ∴ T↑ x↓ A＞0
反铁磁性: 原子磁矩具有互相抵消的有序排列。 A＜0 亚铁磁性: 原子磁矩具有不能互相抵消的反向排列。
A＜0
磁有序起因：两个原子外层电子的交换作用
a原子电子1 a(1)
* a * b
A≈0 A>0 A<0
顺磁性 铁磁性 反铁磁性 亚铁磁性
未成对电子 +交换作用
未成对电子+超交换作用
A<0
反铁磁性 亚铁磁性

静电力欲使正电荷从高电位到低电位。 非静电力欲使正电荷从低电势到高电势。 电源实际上把其他形式的能量转换为电能的装置。
电源内部电流从负极板到正极板叫内电路。 电源外部电流从正极板到负极板叫外电路。
➢ 电动势
+–
定义：在电源内部，单位正电荷从负极到正极的过程
中，非静电力所作的功称为电动势 。
W非 q
规定 的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电
荷运动的方向。 （ 但是电动势是标量）
单位：焦耳/库仑=（伏特）
常常把非静电力的作用看成是一种非静电场的作用， 以 E非 表示非静电场的强度。
它定义为单位正电荷所受到的非静电力，即 F非qE非
在电源内部，电荷 q 从负极到正极，非静电力作的功
W非qE非dl
恒定电流（直流电）： 导体中通过任一截面的电流强度不随时间变化
（I = 恒量）。
电流强度的方向：导体中正电荷的流向。
维持稳定电流的条件是在导体内部建立稳定电场
产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化。
结论： 恒定电场和静电场相同，也遵守静电场 的高斯定理和环路定理。
➢ 电流密度 定义：某点的电流密度
j
dI d S
ev
大小：通过垂直于该点正电荷运动方向的单位面积 上的电流强度。
方向：该点正电荷定向运动的方向。
➢
电流密度和电流强度的关系
dI
dS
j
d S
dIjdS jdScos jdS
对于有限大的面积 S: IdIjds
S
S
即电流强度等于电流密度的通量。
➢ 电流和电流密度与微观量的关系
q — 载流子电荷
4 π r0
0
2

L
0I sin 4 r2
2
R
B
0 IR 2
2r3
0 IR 2
2(R2 x2 )3/2
r
dB dB
x
P dB x
B x
方向垂直于环面且与电流满足右旋关系。
20
讨论 1.圆心处
x0
Bo
0 I
2R
i
B 0IR2 i
2(R2 x2 )3/2
2.在一段圆弧的圆心处
Bo
L
0 Idl 4 R2
0 I 4 R
Idl
x
r
2 dB
o
a 1 P
L
16
讨论: 1.无限长载流直导线
B
0 I 4 a
(sin
2
sin
1 )
ห้องสมุดไป่ตู้
1
2
,
2
2
B 0I 2 a
I
2.半无限长直线电流端点
1 0, 2 / 2
B 0I
x
B
1 / 2, 2 0
4 a
I
I
或
2
oa P
o
a
1 P
I
o
2 dB
a 1 P
17
3. P点在直线电流的延长线上
6
2.电流的磁效应、磁性的起源
实
N
I
验
S
现
I
象
F
S
S
N
I
N I II
电流与磁的关系
➢磁现象与电荷的运动相关。电荷运动可以产生磁现
象，运动电荷本身也会受到磁力的作用。
7
3.安培分子环流假说（1822年）

E2
h (M 2 g2 M1g1)BB
(M2g2 M1g1)BB
E1
h
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E2 E2 E2 E1 E1 E1
32
频率差：
(M2g2
M1g1)
BB
h
(M2
g2
M1 g1 )
Be
4 m
波数差:
c
(M2g2
M1g1
)
Be
4 mc
令L Be 洛仑兹单位
4 mc
M:磁量子数,取值M=J,J-1,…-J 共2J+1个值
注意： M 0,1,2,... J J不一定是整数
E Mg eB 2m
MgBB
共有2J+1个可能性
结论:1无磁场时的一个能级，在有磁场时分裂为2J+1层
2相邻能级间隔为 gBB ，与B成正比，与g有关
例: 2P3 2 能级
L 1，S 1 2，J 3 2 M 3，1， 1， 3
九种跃迁，只有三种能量差，三条分支谱线，每条包
含三种跃迁。中间那条谱线仍在原谱线位置，左右两条 同中间一条的波数差为1L。结论与实验一致。
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例2：钠的 2P3 2 2S1 2 589.0nm谱线的塞曼分裂
2P3 2
J 3 2，L 1，S 1 2，g2 4 3
M2 3 2,1 2, 1 2, 3 2 M2g2 6 3,3 3, 3 3, 6 3
二、Zeeman效应的理论解释
1、能级的移动和谱线的分裂情况
(1) 原子能级在磁场中分裂为2J+1层, E MgBB
(2) h E2 E1
E2 E1
h
(3) 在磁场中 E2 E2 E2 E2