大學(xué)物理課件：第12章 磁場中磁介質(zhì)第1課

貝爾獎得主海姆曾讓青蛙在磁場中飛行

2010年度諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，來自英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫分享了1000萬瑞典克朗的獎金。6年前，他們在世界上首次分離出全世界最薄的材料——厚度只有一個碳原子直徑的石墨烯，磁場使青蛙懸浮在空中

2000年，搞笑諾貝爾物理學(xué)獎授予了荷蘭人的安德烈-蓋姆(AndreGeim)和英國人邁克爾-貝瑞(MichaelBerry)，他們使用磁性克服了重力作用，使一只青蛙懸浮在半空中。他們的實驗證實了雖然青蛙沒有正常的磁性，但是它們放置在一個電磁場中可以實現(xiàn)磁性。而且這種磁性數(shù)倍強于磁共振成像(MRI)所產(chǎn)生的磁場。他們推測使用類似的方法可以試著克服一個人的重力作用，讓他在半空中漂浮起來。

第12章磁場中磁介質(zhì)12-1介質(zhì)的磁化磁化強度與磁化電流12-2有介質(zhì)存在時的磁場一

磁介質(zhì)介質(zhì)磁化后的附加磁感強度真空中的磁感強度磁介質(zhì)中的總磁感強度順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)12-1介質(zhì)的磁化磁化強度與磁化電流無外磁場順磁質(zhì)的磁化分子圓電流和磁矩有外磁場磁化機(jī)理二磁化強度分子磁矩的矢量和體積元單位（安/米）意義磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.三磁化電流有外磁場磁化電流12-2有介質(zhì)存在時的磁場一、介質(zhì)中的磁場二、介質(zhì)中磁場的高斯定理磁場高斯定理C++++++++++++ADBC傳導(dǎo)電流磁化電流磁場強度磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理++++++++++++ADBC各向同性磁介質(zhì)（磁化率）相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率各向同性磁介質(zhì)磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理順磁質(zhì)（非常數(shù)）抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)I例有兩個半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時，試求（1）磁介質(zhì)中任意點P

的磁感應(yīng)強度的大小;（2）圓柱體外面一點

Q

的磁感強度.解對稱性分析I同理可求IIO一

磁疇無外磁場有外磁場二磁化曲線MNPO鐵磁質(zhì)三磁滯回線矯頑力由于磁滯，當(dāng)磁場強度減小到零（即）時，磁感強度，而是仍有一定的數(shù)值，叫做剩余磁感強度(剩磁).

當(dāng)外磁場由逐漸減小時，磁感強度B并不沿起始曲線0P減小，而是沿PQ比較緩慢的減小，這種B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯.O磁滯回線四鐵磁性材料O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料實驗表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.軟磁材料（softmagneticmaterial）具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁，廣泛用于電工設(shè)備和電子設(shè)備中。應(yīng)用最多的軟磁材料是鐵硅合金(硅鋼片)以及各種軟磁鐵氧體等。

2000年是荷蘭人和英國人大放異彩的一年，這一年《歐洲物理學(xué)日志》雜志發(fā)表了一篇荷蘭奈梅亨大學(xué)安德烈教授和英國布里斯托爾大學(xué)貝利爵士撰寫的研究報告：《關(guān)于飛行的青蛙和漂浮器》。

在這篇報告中，他們介紹了這樣一個有趣的實驗：通過一塊強有力的電磁石的磁場使一只青蛙變得有磁性，并漂浮在磁場范圍內(nèi)，同時他們通過保持區(qū)域內(nèi)各種力的完美丅平衡，使得青蛙保持了完美的懸浮狀態(tài)，而不是滑出磁場掉下來。

報告的最后指出：“如果青蛙起初處于平衡中，那么就沒有外力加在它身上。通過改變形狀（例如，從一個圓形變成一個橢圓形），感生力矩也將會改變，而且壓力也不再是零，因此青蛙將會開始在一個稍微不同的點上下波動。通過在最小化的震動頻率上重復(fù)這種策略，震動就會由于參量諧振而擴(kuò)大，直到青蛙離開那個穩(wěn)定的區(qū)域。但是這是一個很小的影響，因為從屬于形狀的m達(dá)到了10的數(shù)量才能成為第五負(fù)力量，所以逃離穩(wěn)定狀態(tài)要求100,0000

個這樣的‘游泳劃行’；因此，青蛙就必須保持穩(wěn)定并高度協(xié)調(diào)?！?/p>

安德烈出席了頒獎典禮并驕