大學(xué)物理Chap6-4

1、運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷或電流或電流 1運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷或電流或電流 2磁場磁場復(fù)習(xí)與回顧復(fù)習(xí)與回顧一、真空中的穩(wěn)恒磁場一、真空中的穩(wěn)恒磁場0024IdlrdBr電流元產(chǎn)生的磁場電流元產(chǎn)生的磁場0024qvrBr運(yùn)動電荷產(chǎn)生的磁場運(yùn)動電荷產(chǎn)生的磁場畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律1. 運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生磁場運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生磁場高斯定理高斯定理環(huán)路定理環(huán)路定理0 SdB iiIl dB0 isqSdE01 0 l dE磁力線閉合磁力線閉合 磁場是無源場磁場是無源場磁場是非保守磁場是非保守場場電場線起于止于電場線起于止于 靜電場是有源場靜電場是有源場 電場是保守場電場是保守場2. 磁場的性質(zhì)磁場的性質(zhì)磁場

2、對運(yùn)動電荷施力磁場對運(yùn)動電荷施力 對載流導(dǎo)線施力對載流導(dǎo)線施力 （或力矩）（或力矩） 【電動機(jī)的原理】【電動機(jī)的原理】3. 磁場對運(yùn)動電荷或電流的作用力磁場對運(yùn)動電荷或電流的作用力洛侖茲力洛侖茲力安培力安培力BvqFBlIdFdmMPB 21mmmIdA MrF21AMd閉合電流在磁場中受力矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動趨向于閉合電流在磁場中受力矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動趨向于使磁矩方向平行于磁場方向。使磁矩方向平行于磁場方向。二、穩(wěn)恒磁場中的物質(zhì)二、穩(wěn)恒磁場中的物質(zhì)閉合電流在磁場中受力矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動趨向于閉合電流在磁場中受力矩而發(fā)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動趨向于使磁矩方向平行于磁場方向。使磁矩方向平行于磁場方向。一、一、

3、 磁介質(zhì)磁介質(zhì)6-8 6-8 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度磁介質(zhì)磁介質(zhì)能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質(zhì)能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質(zhì)磁化磁化磁介質(zhì)在磁場作用下所發(fā)生的變化磁介質(zhì)在磁場作用下所發(fā)生的變化分子電流和分子磁矩分子電流和分子磁矩在物質(zhì)的分子中在物質(zhì)的分子中電子繞原子核作軌道運(yùn)動電子繞原子核作軌道運(yùn)動軌道磁矩軌道磁矩；電子有自旋電子有自旋 自旋磁矩自旋磁矩。分子內(nèi)所有電子的全部磁矩的矢量和，稱為分分子內(nèi)所有電子的全部磁矩的矢量和，稱為分子的固有磁矩子的固有磁矩分子磁矩分子磁矩。分子磁矩可以用一個分子磁矩可以用一個等效的圓電流等效的圓電流來表示。來表示。Im無外磁場：無外磁場：分子的無規(guī)則熱運(yùn)動分

4、子的無規(guī)則熱運(yùn)動分子磁矩取向混亂分子磁矩取向混亂物質(zhì)并不顯磁性物質(zhì)并不顯磁性未磁化狀態(tài)未磁化狀態(tài)加外磁場：加外磁場：分子磁矩受外磁場的作用分子磁矩受外磁場的作用分子磁矩沿外磁場方向排列分子磁矩沿外磁場方向排列產(chǎn)生附加的磁場產(chǎn)生附加的磁場被磁化被磁化BBBBo 介質(zhì)中的合磁感強(qiáng)度介質(zhì)中的合磁感強(qiáng)度 外場的磁感強(qiáng)度外場的磁感強(qiáng)度附加磁場的磁感強(qiáng)度附加磁場的磁感強(qiáng)度表面出現(xiàn)磁化電流（束縛電流）表面出現(xiàn)磁化電流（束縛電流）I0I附加磁場附加磁場BBBo 介質(zhì)中的合磁感強(qiáng)度介質(zhì)中的合磁感強(qiáng)度 傳導(dǎo)電流的磁感強(qiáng)度傳導(dǎo)電流的磁感強(qiáng)度磁化電流的磁感強(qiáng)度磁化電流的磁感強(qiáng)度（1）順磁質(zhì)）順磁質(zhì)（3）鐵磁質(zhì)）鐵磁質(zhì)

5、（2）抗磁質(zhì)）抗磁質(zhì)（4）超導(dǎo)體）超導(dǎo)體B 根據(jù)根據(jù) 的大小和方向可將磁介質(zhì)分為四大類的大小和方向可將磁介質(zhì)分為四大類 0BB 0BB 0BB 0 BB 的方向，隨磁介質(zhì)的不同而不同。的方向，隨磁介質(zhì)的不同而不同。0BB 與與 同向，同向，0BB 與與 反向，反向，0BB 與與 同向，同向，0,BB顯著地增強(qiáng)磁場，當(dāng)外磁場移走后，仍可保留顯著地增強(qiáng)磁場，當(dāng)外磁場移走后，仍可保留極強(qiáng)的磁性。極強(qiáng)的磁性。理想的抗磁體理想的抗磁體順磁質(zhì)的磁化機(jī)理順磁質(zhì)的磁化機(jī)理來自分子的固有磁矩來自分子的固有磁矩定義定義: 單位體積內(nèi)分子磁矩的單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和矢量和1mAVpjmi二、二、磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度

6、(描述磁介質(zhì)磁化的程度描述磁介質(zhì)磁化的程度)VpPi 極化強(qiáng)度：單位體積內(nèi)分子電偶極矩的極化強(qiáng)度：單位體積內(nèi)分子電偶極矩的矢量和矢量和說明：說明：磁化強(qiáng)度是描述磁介質(zhì)的宏觀量磁化強(qiáng)度是描述磁介質(zhì)的宏觀量順磁質(zhì)順磁質(zhì) j 與與B0同向，所以同向，所以B 與與B0同方向同方向抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) 反向，所以反向，所以 反方向反方向6-9 6-9 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理1、磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系、磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系ij磁化電流線密度磁化電流線密度磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度取如圖所示的積分環(huán)路取如圖所示的積分環(huán)路abcda:0()iiLB dlIIabjIi2、磁介質(zhì)中的

7、安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理LLiiIIl dB)(0l djIl dBLiL00iLIldjB)(0LiLIldjjBH0定義定義磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 LLIl dH0 在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量 H 沿任一閉合路徑的線積沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。說明說明磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 H 是一個輔助物理量。是一個輔助物理量。 單位：單位：A m-1 的環(huán)流只與穿過閉合回路的傳導(dǎo)電流有關(guān)，而與的環(huán)流只與穿過閉合回路的傳導(dǎo)電流有關(guān)，而與磁化電流無關(guān)。磁化電流無關(guān)。磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 B 是描述

8、磁場的物理量，反映磁場本身的性質(zhì)；是描述磁場的物理量，反映磁場本身的性質(zhì)；磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 H 是在研究磁介質(zhì)、推導(dǎo)有磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理是在研究磁介質(zhì)、推導(dǎo)有磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理時引入的輔助物理量，無物理意義。時引入的輔助物理量，無物理意義。3磁感強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的關(guān)系磁感強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的關(guān)系HjmjBH0HB 介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁導(dǎo)率介介質(zhì)質(zhì)的的磁磁化化率率m HBm 0H)(Bm 10 r0r 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率HBj電介質(zhì)中的電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 SiSqqSdE)(01 iLiIIl dB00l djIl dBLL

9、00LiLIl djB)(0jBH0iLIl dH SSSSdPqSdE0011 SSqSdPE)(0 PED 0 iSqSdD0DE 稱為相對介電常數(shù)稱為相對介電常數(shù)r 之間的關(guān)系之間的關(guān)系EDP、EPe0 Hjm之之間的關(guān)系間的關(guān)系jHB,jBH0PED 0 BHr 稱為相對磁導(dǎo)率稱為相對磁導(dǎo)率BE場的描述場的描述物質(zhì)的磁化物質(zhì)的磁化(極化極化)程度程度jP輔助量輔助量HD材料的參數(shù)材料的參數(shù)磁化的機(jī)理磁化的機(jī)理分子電矩轉(zhuǎn)向外電場分子電矩轉(zhuǎn)向外電場分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場例例1 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為，相對磁導(dǎo)，相對磁導(dǎo)率為率為r的順磁質(zhì)。

10、環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI 0rBHnI rO解：解：對比真空中對比真空中00BHnI0rBB常見物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率常見物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率0BBr 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率描述不同磁介質(zhì)磁化后對原磁場的影響描述不同磁介質(zhì)磁化后對原磁場的影響順磁質(zhì)：順磁質(zhì)：m0，r1，BB0抗磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：m0，r1，B0，r1，BB0介質(zhì)磁化率m真空0水8.0 106 銅6.4 106鋁2.22 105 鉑2.65 104 鎳100鋼

11、700合金20000順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)例例2 一無限長載流圓柱體，通有電流一無限長載流圓柱體，通有電流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱，柱外為真空。外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 0I22rIR22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 連續(xù)連續(xù), B 不連續(xù)，那是因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度的不連續(xù)，那是因?yàn)榇艌鰪?qiáng)度的環(huán)流與磁介質(zhì)無關(guān)。環(huán)流與磁介質(zhì)無關(guān)。Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0

12、 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 20習(xí)題：習(xí)題：27邁斯納效應(yīng)中的超導(dǎo)體，可以獲得完全免費(fèi)的浮力，因而邁斯納效應(yīng)中的超導(dǎo)體，可以獲得完全免費(fèi)的浮力，因而具有極大工業(yè)潛力。具有極大工業(yè)潛力?？勾刨|(zhì)的磁化機(jī)理抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理（不講）（不講）鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理來自磁疇的磁矩來自磁疇的磁矩順磁質(zhì)的磁化機(jī)理順磁質(zhì)的磁化機(jī)理來自分子的固有磁矩來自分子的固有磁矩1. 磁化曲線磁化曲線BHHB剩磁剩磁2. 微觀解釋微觀解釋磁疇磁疇2. 微觀解釋微觀解釋磁疇磁疇磁疇的線度約磁疇的線度約10-4m無外磁場：無外磁場：磁疇磁矩取向混亂磁疇磁矩取向混亂物質(zhì)并不顯磁性物質(zhì)并不顯磁性未磁化狀態(tài)未磁化狀態(tài)加外磁場：加外磁場：磁疇磁矩轉(zhuǎn)向外磁場方向磁疇磁矩轉(zhuǎn)向外磁場方向產(chǎn)生附加磁場產(chǎn)生附加磁場被磁化被磁化撤去外磁場：撤去外磁場：磁疇磁矩不能恢復(fù)原狀磁疇磁矩不能恢復(fù)原狀有剩余磁場有剩余磁場剩磁剩磁剩磁剩磁強(qiáng)烈的震動、高溫，會導(dǎo)致強(qiáng)烈的震動、高溫，會導(dǎo)致磁疇