fang恒定磁場講解實用教案

1、有磁介質(zhì)的高斯定理0dSSB磁介質(zhì)放入外場(wichng)0BrBB0 相對(xingdu)磁導(dǎo)率 順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)B略大于0BB略小于0BB遠(yuǎn)大于0B1r1r1r“感應(yīng)(gnyng)”磁矩固有磁矩取向轉(zhuǎn)動定義：磁化強度 VPMm第1頁/共25頁第一頁，共26頁。VPMm i結(jié)論(jiln)：介質(zhì)中磁場由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。nMi束縛(shf)電流密度可證明(zhngmng):順磁質(zhì)0ISIabcdiLIlB0d) (00SINI )(00abiNI 2. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理LLlMNIlBdd000用磁化強度描述束縛電流LslMId第2頁/共25頁第二頁，共26頁。000d)(NI

2、lMBLiI0定義(dngy)磁場強度MBH00dIlHL磁介質(zhì)的安培(npi)環(huán)路定理磁介質(zhì)內(nèi)磁場強度沿所選閉合路徑的環(huán)流等于閉合積分(jfn)路徑所包圍的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。討論： (2) 束縛電流與磁化強度xyzM i i設(shè)單位長度上的束縛電流為沿Z方向磁化的介質(zhì)體元 (1) 普遍適用第3頁/共25頁第三頁，共26頁。）內(nèi)LIlML( d取任意閉合回路 L，則磁化強度M 沿L 的積分等于穿過此積分回路圍成的面積(min j)上束縛電流強度的代數(shù)和。 (普遍(pbin)關(guān)系式)ziI SIPmzyxi iVPMm則，它產(chǎn)生(chnshng)的磁矩nMixyzM i介質(zhì)側(cè)面上的束縛電流強度

3、第4頁/共25頁第四頁，共26頁。(3) 對于各向同性( xin tn xn)介質(zhì)，在外磁場不太強的情況下HMHMmm 介質(zhì)(jizh)的磁化率MHB00Hm0)1 (00HrHHBr0一定條件下，可用安培環(huán)路定理求解(qi ji)場強度，然后再求解(qi ji)磁感應(yīng)強度。MHB00真空中HBM00, 0(4)第5頁/共25頁第五頁，共26頁。一無限長載流直導(dǎo)線(doxin)，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對磁導(dǎo)率1r(2) 介質(zhì)內(nèi)外(niwi)界面上的束縛電流密度例：求：解：根據(jù)磁介質(zhì)的安培(npi)環(huán)路定理IrHlHL2drIH2/(1) 磁介質(zhì)中的磁化強度和磁感應(yīng)強度r2R1RIrHH1HMr

4、m)(rIr2) 1(rIHBrr200由磁化強度與束縛電流密度的關(guān)系nMi內(nèi)界面：1112) 1(RIMir外界面：222) 1(RIir1i2i第6頁/共25頁第六頁，共26頁。五、鐵磁質(zhì)1. 最主要(zhyo)特征：在外場中，鐵磁質(zhì)可使原磁場大大(d d)增強。存在磁滯(c zh)現(xiàn)象2. 磁疇 磁化微觀機理磁疇中分子磁矩自發(fā)地磁化達(dá)到飽和狀態(tài)無0B磁化方向與有0B 整個鐵磁質(zhì)的總磁矩為零同向的磁疇擴大0B磁疇的磁化方向磁化方向轉(zhuǎn)向0B的方向0B使磁場大大增強當(dāng)外場撤去，被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力的阻礙，并不能恢復(fù)磁化前的狀態(tài)。相對磁導(dǎo)率很大，且不為一個常數(shù)存在一個臨界溫度居里點。

5、第7頁/共25頁第七頁，共26頁。3. 宏觀磁化(chu)現(xiàn)象 磁滯回線鐵磁質(zhì)中HB 不是(b shi)線性關(guān)系HB HrBHoabcdef 剩磁rB矯頑力CHHBo(1) 實驗證明：各種鐵磁質(zhì)的起始磁化曲線(qxin)都是“不可逆”的， 磁滯現(xiàn)象討論：(2) 要消除剩磁，要依靠鐵磁質(zhì)的矯頑力不同材料，矯頑力不同第8頁/共25頁第八頁，共26頁。(4) 鐵磁材料(cilio)的應(yīng)用BHoBHoHC 較小HC較大(jio d)易磁化(chu)，易退磁剩磁較強，不易退磁可作變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯可作永久磁鐵(3) 鐵磁質(zhì)的磁化狀態(tài)取決于鐵磁質(zhì)此前的磁化歷史軟磁材料硬磁材料第9頁/共25頁第九頁

6、，共26頁。穩(wěn)恒磁場(cchng)小結(jié) 磁感應(yīng)強度(qingd)和磁場強度(qingd)的確定 畢 薩定律(dngl)電流元的選取，磁場的疊加原理注意：確定磁感應(yīng)強度與電場強度方向的區(qū)別幾種常用載流體產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度rIB202322202/)xR(IRBnIB020iB（運動電荷產(chǎn)生的磁場）034qvrBrBmSB dS0SB dS（磁場的無源性）0iLB dlI求電流對稱分布的磁感應(yīng)強度dFIdlBfqvBmMpB線圈在磁場中轉(zhuǎn)動（分析趨勢）霍爾效應(yīng)第10頁/共25頁第十頁，共26頁。 磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類(fn li)磁化的微觀(wigun)解釋磁化強度和束縛(shf)電流含介質(zhì)的安培環(huán)路

7、定理鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)磁滯回線（會分析和描述）磁化機理的微觀解釋 磁學(xué)中需注意的幾個問題： 用安培力公式和磁力矩公式分析載流體的運動趨勢 磁力的功與磁通量的關(guān)系 洛倫茲力 安培環(huán)路定理 + 補償原理 注意對稱性，電流方向 磁矩的概念和計算 磁力矩的計算 運動帶電體產(chǎn)生的磁場 分析電荷元 + 疊加原理帶電粒子在電場和磁場中的典型運動規(guī)律fqEqvB第11頁/共25頁第十一頁，共26頁。第十章 變化(binhu)的電磁場電流(dinli)的磁效應(yīng)磁的電效應(yīng)(xioyng)電生磁10-1 電磁感應(yīng)定律一、電動勢ABBAABuuuI電源KF將單位正電荷從電源負(fù)極推向電源正極的過程中，非靜電力所作的功定義：q

8、AKqAKdd非靜電性場強q/FEKKABKKlFAdABKlEqdABKlEd對閉合電路lEKd第12頁/共25頁第十二頁，共26頁。 表征了電源非靜電力作功本領(lǐng)(bnlng)的大小反映電源將其它(qt)形式的能量轉(zhuǎn)化為電 能本領(lǐng)的大小二、電磁感應(yīng)(dinc-gnyng)定律法拉第的實驗：磁鐵與線圈有相對運動，線圈中產(chǎn)生電流NS 一線圈電流變化，在附近其它線圈中產(chǎn)生電流電磁感應(yīng)實驗的結(jié)論當(dāng)穿過一個閉合導(dǎo)體回路所限定的面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就出現(xiàn)感應(yīng)電流SBdSBd cosv變SB、變產(chǎn)生電磁感應(yīng))(tI I I第13頁/共25頁第十三頁，共26頁。法拉第的實驗(shyn)規(guī)律感應(yīng)(g

9、nyng)電動勢的大小與通過導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比tmddtmdd 在國際(guj)單位制中負(fù)號表示感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因 楞次定律 (1) 若回路是 N 匝密繞線圈tNmddtNmd)d(tmdd (2) 若閉合回路中電阻為RtRRImiddtqidd則，感應(yīng)電荷為討論：21dttiitIq21d1mmmRR/mm21磁通鏈第14頁/共25頁第十四頁，共26頁。 (3)關(guān)于感應(yīng)(gnyng)電動勢的方向 任意選定回路繞行方向，并用右手螺旋法則(fz)根據(jù)這個繞行方向確定回路面積的正法線方向； 沿正法線(f xin)方向穿過回路面積的磁通量為正，反之為負(fù)； 與回路繞行

10、方向一致的感應(yīng)電動勢為正，反之為負(fù)。0ddtnnnn0ddt0ddt0ddtNSNNNSSS00000000第15頁/共25頁第十五頁，共26頁。兩個同心圓環(huán)，已知 r1r2,大線圈(xinqun)中通有電流I ,當(dāng)小圓環(huán)繞直徑以 轉(zhuǎn)動時，2r1rI解：202rIB大圓環(huán)在圓心處產(chǎn)生(chnshng)的磁場 通過(tnggu)小線圈的磁通量 SB cos22120rrItrrI cos22120trrItmsin2dd2210例1：感應(yīng)電動勢求：小圓環(huán)中的感應(yīng)電動勢 第16頁/共25頁第十六頁，共26頁。在無限長直(chn zh)載流導(dǎo)線的磁場中，有一運動的導(dǎo)體線框，導(dǎo)體線框與載流導(dǎo)線共面，I

11、vabxdx解：xbxISBmd2dd0通過(tnggu)面積元的磁通量 xbxIallmmd2d0lalIbln20tmddllt/ lalt/ lIbdddd20)(20allIabv（方向(fngxing)順時針方向(fngxing)） 例2：求：線框中的感應(yīng)電動勢第17頁/共25頁第十七頁，共26頁。10-2 感應(yīng)(gnyng)電動勢tmdd兩種不同(b tn)機制 相對于實驗室參照系，若磁場不變，而導(dǎo)體回路(hul)運動（切割磁場線） 動生電動勢相對于實驗室參照系，若導(dǎo)體回路靜止，磁場隨時間變化感生電動勢一、動生電動勢Blvf單位時間內(nèi)導(dǎo)線切割的磁場線數(shù))(Befv電子受洛倫茲力 非

12、靜電力KFevBltidd第18頁/共25頁第十八頁，共26頁。非靜電場eFEKKBv 動生電動勢應(yīng)用(yngyng)：勻強磁場，導(dǎo)體勻速運動 ld磁場中的運動導(dǎo)線(doxin)成為電源，非靜電力是洛倫茲力vlBablEKidlBd)(vlBid)(vlBabdvBlv第19頁/共25頁第十九頁，共26頁。討論(toln)：(3) 注意(zh y)矢量之間的關(guān)系vBldvB(4) 對于運動導(dǎo)線(doxin)回路，電動勢存在于整個回路0i0Bv0Bv0d)(lBvlBid)(v)d(lBvtltB)/d(vtSB/ dt/ ld(法拉第電磁感應(yīng)定律)(1) 動生電動勢只產(chǎn)生在運動的一段導(dǎo)體上，不

13、動的部分無電動勢，只提供電流的回路 (2) 如果只有一段在磁場中運動，即無閉合回路，則上只有動生電動勢，而無感應(yīng)電流 第20頁/共25頁第二十頁，共26頁。(5) 感應(yīng)(gnyng)電動勢的功率設(shè)電路(dinl)中感應(yīng)電流為IBvab導(dǎo)線(doxin)受安培力導(dǎo)線勻速運動電路中感應(yīng)電動勢提供的電能是由外力做功所消耗的機械能轉(zhuǎn)換而來的(6) 感應(yīng)電動勢做功，洛倫茲力不做功？BvfV fFVF)()( ffvvvv ffvvvvBeBe0e vvIBlIPiIBlFmmextFFvvIBlFPextextPmFextFI洛倫茲力做功為零第21頁/共25頁第二十一頁，共26頁。例1：在勻強磁場 B

14、中，長 R 的銅棒繞其一端(ydun) O 在垂直于 B 的平面(pngmin)內(nèi)轉(zhuǎn)動，角速度為 BOR求：棒上的電動勢解：方法(fngf)一 (動生電動勢):dlAlAOilBd)(vROlBdvROlBld22BR方向OA 方法二(法拉第電磁感應(yīng)定律):d在 dt 時間內(nèi)導(dǎo)體棒切割磁場線vdBR d212tiddtBRdd212221BR方向由楞次定律確定第22頁/共25頁第二十二頁，共26頁。例2：在半徑為R 的圓形截面(jimin)區(qū)域內(nèi)有勻強磁場 B ，一直導(dǎo)線垂直于磁場(cchng)方向以速度 v 掃過磁場(cchng)區(qū)。求：當(dāng)導(dǎo)線(doxin)距區(qū)域中心軸垂直距離為 r 時的動

15、生電動勢vBrRab解：方法一 ：動生電動勢bailBd)(vldbalBdv)(abBv222rRB vO方法二 ：法拉第電磁感應(yīng)定律在 dt 時間內(nèi)導(dǎo)體棒切割磁場線rBrRd2d22trrRBtidd2dd22222rRBv方向由楞次定律確定第23頁/共25頁第二十三頁，共26頁。例3： 一圓形均勻(jnyn)剛性線圈，總電阻為R ，半徑為 r ，在均勻(jnyn)磁場 B 中以 繞其軸 OO 轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸(zhunzhu)垂直于 B 。當(dāng)線圈平面(pngmin)轉(zhuǎn)至與 B 平行時，試求：BOOrabcacab,解：l dBvbabaBdlvcosbaBdlvsinbaBdlv4/022sindBr2418rB由Faraday Law，線圈總電動勢 Bri28/2Brabsinrvrddl 2/022acdsinBr24rB第24頁/共25頁第二十四頁，共26頁。感謝您的觀賞(gunshng)第25頁/共25頁第二十五