《大学物理磁学》PPT课件.ppt

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1、四、磁力的功,1、磁力对运动载流导线作的功,磁场力：F=BIL,磁场力的功：,A=Fx=BILx,其中 BLx=BS=,磁场力的功：,2、载流线圈在磁场中转动时磁场力的功,n,F2,F1,B,d,力矩的功：,磁力矩：,例、有一半径为R的闭合载流线圈，通过电流I。今把它放在均匀磁场中，磁感应强度为B，其方向与线圈平面平行。求：（1）以直径为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。（2）在力矩作用下，线圈转过90，力矩做了多少功？,解：,法一,作用力垂直于线圈平面,力矩的功：,力矩：,法二：,线圈转过90时，磁通量的增量为：,8-7 磁场中的磁介质,一、磁介质及其分类,磁介质：放入磁场后受磁场影响（磁化

2、）反过来又影响磁场的介质称为“磁介质”。,1、磁场要使磁介质磁化,介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为磁化电流Is又叫分子面电流。,产生磁化电流Is。,磁化电流与传导电流的区别：,磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷作定向运动而形成的,磁介质中的总磁感应强度为：,2、处于磁化状态的磁介质使磁场发生变化,传导电流I激发的磁场,磁化电流Is激发的磁场,定义：,四类磁介质：,（4）超导体(完全抗磁体）：,B=0,二、分子电流和分子磁矩,分子磁矩,各电子磁矩,近代科学实践证明，分子或原

3、子中的电子存在轨道运动和自旋运动。这两种运动都能产生磁效应。分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，等效于一个圆电流，称为“分子电流”。分子电流的磁矩称为“分子磁矩”,单个电子绕核：,电子的进动：在外磁场 的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。,附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号 表示。,可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场 中，电子角动量 进动的转向总是和

4、的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与 的方向相反。,三、弱磁质的磁化规律,两种弱磁质结构特点不同,顺磁质,（a）无外磁场时，杂乱无章（热运动）,（b）加外磁场B0,抗磁质,抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和 有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。,（a）无外磁场时,（b）加外磁场B0,1.磁化强度,反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。,均匀磁化,非均匀磁化,88 有介质时的安培环路定理 磁场强度,磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和，称为磁化强度，用 表

5、示。,磁化强度的单位：,注意：对顺磁质，可以忽略；对抗磁质，对于真空，。,外磁场为零，磁化强度为零。,外磁场不为零:,顺磁质,抗磁质,2.磁化电流,对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。,设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流强度IS为,取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。,磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。,

6、3.有磁介质时的安培环路定理,磁介质中的总磁感应强度为：,有磁介质时,单位:A/m,磁介质存在时的安培环路定理,磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路所包围的传导电流的代数和，而在形式上与磁介质中的磁化电流无关。,为磁场强度矢量,定义,实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。,式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。,相对磁导率,磁导率,值得注意：为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，才是反映磁场性质的基本物理量。,有磁介质时的安培环路定理应用举例,螺绕环如图,知I、N、R1、R2.,螺绕环内充满均匀介质,求环内磁场强度和磁感应强度,解：根据磁场分布特点,取同心圆形 回路L,半径 R1 r R2,均匀介质 B=H,所以:,真空情况,r=1,即=0,此时B=B0=,例半径为R1的无限长圆柱导线通电流I,外面有半径为的同轴圆柱面半径R1,通反向电流I,两导体之间充满磁导率为 的磁介质,求磁场的分布.,解：,(1)两导体之间的磁介质内 取回路L1,根据磁场分布的对称性取回路,分布曲线如右图,(2)在圆柱体内取回路L2.,(3)在圆柱面外取回路L3.,