磁性体与磁化

增大 μ_r，内部磁场增强

把一根磁介质棒放在向上的外磁场中。青色箭头是外磁场，棒内的小箭头是原子磁铁。用滑块增大相对磁导率 μ_r，原子磁铁更清楚地朝同一方向排列，表示棒内净磁场的金色箭头随之变长。

什么是磁性体

原子中的电子因轨道运动和自旋而带有微小的磁矩，许多原子中这些磁矩合起来，成为原子大小的小磁铁。平时这些磁铁朝向各不相同，相互抵消，所以没有净磁场。但加上外磁场后，它们开始沿磁场方向排列。这不是新通入电流，而是让原本就有的原子磁铁排好队，物质像磁铁一样的这种性质叫作磁性。

磁化 M，磁矩排列

加上外磁场，无数原子磁铁沿磁场方向排齐。用单位体积的磁矩表示排列程度，就是磁化强度 M。它与 EM-10 中的极化很相似，不同之处在于：极化是电荷稍稍分开，磁化则是原本就有的磁铁排成一列。排齐的原子磁铁指向同一方向时，它们的磁场全都加在同一侧。

净场增强

在这里与电介质截然不同。电介质的束缚电荷产生与外电场相反的电场，削弱了电场；而排齐的原子磁铁加上与外磁场同向的磁场，使磁场增强。所以净磁场比外面强，增强的倍数就是相对磁导率 μ_r。B = μ_r B₀。这个式子在磁介质沿磁场方向细长时比较准确。顺磁质的 μ_r 略大于 1，铁、镍这类铁磁质可达几百到几万，能把磁场放大得非常多。抗磁质的 μ_r 略小于 1，会使磁场稍稍减弱，并在强磁场中被推开。

磁导率，H 与 B

为了单独处理磁化的部分，引入磁场强度 H。磁感应强度 B 是外加的 H 与物质贡献的磁化强度 M 的组合。B = μ₀(H + M)。在线性磁介质中 M 与 H 成正比，于是简化为 B = μH，磁导率 μ = μ_r μ₀。可以这样理解：H 的环量只由自由电流决定，而 B 是包含磁化部分在内的实际磁场。铁磁质不是线性的，一旦被磁化就不易消退，表现出磁滞，这一性质是永磁体和记录介质的基础。

回到第一屏

在第一个画面里，增大 μ_r，棒内的原子磁铁排列得更清楚，表示净磁场的金色箭头越来越长，因为排齐的磁铁沿与外磁场相同的方向加上了磁场。增强的倍数正是 μ_r。B = μ_r B₀。与电介质缓和电场正好相反，磁介质使磁场增大，所以在线圈中放入铁芯，电感会跳升到 μ_r 倍（EM-17）。

静磁学的最后一块是能量。储存在线圈和磁介质中的能量，其实存在于磁场本身之中。下一单元（EM-19 磁场能量）把它看作磁场的能量密度 u = B²/(2μ)。它与静电能 u = ½εE² 成对，线圈的 ½LI² 也由此而来。这样静磁学的七个单元就告一段落，接下来进入随时间变化的场和麦克斯韦方程组。