《大學(xué)物理：第8章 恒定磁場(chǎng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)物理：第8章 恒定磁場(chǎng)（62頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、大學(xué)物理大學(xué)物理第二篇第二篇 電電 磁磁 學(xué)學(xué)第三篇第三篇 光光 學(xué)學(xué)第五篇第五篇 量子物理學(xué)基礎(chǔ)量子物理學(xué)基礎(chǔ)一、學(xué)習(xí)的三個(gè)層次：一、學(xué)習(xí)的三個(gè)層次：1、學(xué)知識(shí)！、學(xué)知識(shí)?。ǘ?、定理、效應(yīng)、現(xiàn)象等）（定律、定理、效應(yīng)、現(xiàn)象等）2、學(xué)方法！、學(xué)方法?。ㄎ⒎e分、矢量的分解等）（微積分、矢量的分解等）3、學(xué)思想！、學(xué)思想！（能量最低（能量最低-穩(wěn)定性原理、邊界決定內(nèi)部、對(duì)稱穩(wěn)定性原理、邊界決定內(nèi)部、對(duì)稱 性原理、不確定性原理等）性原理、不確定性原理等）三、目標(biāo)三、目標(biāo)二、學(xué)習(xí)的心態(tài)二、學(xué)習(xí)的心態(tài)享受物理！享受物理！功利心不能太重功利心不能太重!你學(xué)的所有東西都是有用的你學(xué)的所有東西都是有用的!1
2、、掌握知識(shí)！應(yīng)用知識(shí)！探求未知！、掌握知識(shí)！應(yīng)用知識(shí)！探求未知！2、超越教材！、超越教材！超越老師超越老師!超越自己超越自己!教教 學(xué)學(xué)批判的學(xué)習(xí)！批判的學(xué)習(xí)！矢量的標(biāo)積（點(diǎn)積）矢量的標(biāo)積（點(diǎn)積）yxzfzfxfy矢量的矢積（叉積）矢量的矢積（叉積）8.1 磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 8.2 磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理 8.3 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 8.4 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 8.5 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用 8.6 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 8.7 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)應(yīng)用：應(yīng)用：冰箱門冰箱門、磁帶、錄像帶、指南針、硬盤、飯卡、磁帶、錄像帶、指南針、硬盤、飯卡、銀行卡、便條
3、、磁共振掃描成像。銀行卡、便條、磁共振掃描成像。一、磁力與磁現(xiàn)象一、磁力與磁現(xiàn)象1111世紀(jì)世紀(jì) 指南針指南針?biāo)拇蟀l(fā)明四大發(fā)明司司 南南地磁場(chǎng)？地磁場(chǎng)？SNSNSNSN不不存存在在磁磁單單極極子子1616世紀(jì)，吉爾伯特發(fā)現(xiàn)世紀(jì)，吉爾伯特發(fā)現(xiàn)地球是一個(gè)巨大的磁體地球是一個(gè)巨大的磁體公元前公元前300300年年一一直直相相信信電電、磁磁、光光、熱熱等等現(xiàn)現(xiàn)象象相相互互存存在在內(nèi)內(nèi)在在的的聯(lián)聯(lián)系系。電電是是否否以以隱隱蔽蔽的的方方 式式 對(duì)對(duì) 磁磁 體體有有作作用用？1717世紀(jì)，庫(kù)侖：電與磁有本質(zhì)的區(qū)別！世紀(jì)，庫(kù)侖：電與磁有本質(zhì)的區(qū)別！安培、畢奧等：電和磁不會(huì)有任何聯(lián)系！安培、畢奧等：電和磁不會(huì)有
4、任何聯(lián)系！18201820年年4 4月奧斯忒在哥本哈根大學(xué)講學(xué)月奧斯忒在哥本哈根大學(xué)講學(xué)奧斯忒：奧斯忒：通電導(dǎo)線的周圍，發(fā)生一種通電導(dǎo)線的周圍，發(fā)生一種“電流沖擊電流沖擊”只能只能作用在磁性粒子上作用在磁性粒子上受沖擊時(shí)阻礙它穿過，于是就被帶受沖擊時(shí)阻礙它穿過，于是就被帶動(dòng)動(dòng)磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。雖然不完全正確，但意義重大雖然不完全正確，但意義重大證明了證明了電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)電流能產(chǎn)生磁場(chǎng)，為電磁學(xué)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。從此電和磁便聯(lián)系起來了。為電磁學(xué)的發(fā)展打下基礎(chǔ)。從此電和磁便聯(lián)系起來了。鉑絲接通電源，放在邊上的小磁針擺動(dòng)鉑絲接通電源，放在邊上的小磁針擺動(dòng)磁場(chǎng)服從疊加原理磁場(chǎng)服從疊加原理運(yùn)
5、動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷q 在在磁場(chǎng)磁場(chǎng)中受力中受力洛倫茲力洛倫茲力二、磁場(chǎng)二、磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度1、磁感強(qiáng)度的定義、磁感強(qiáng)度的定義單位：?jiǎn)挝唬篢 特斯拉，特斯拉，高斯高斯,1Gs=104 T方向方向大小大小一些磁場(chǎng)的值一些磁場(chǎng)的值2、洛倫茲力、洛倫茲力2、洛倫茲力、洛倫茲力方向方向2、洛倫茲力、洛倫茲力2、洛倫茲力、洛倫茲力方向方向符號(hào)敏感符號(hào)敏感沿一定方向運(yùn)動(dòng)的電荷不受力沿一定方向運(yùn)動(dòng)的電荷不受力-磁場(chǎng)的方向磁場(chǎng)的方向電子束在磁場(chǎng)電子束在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)中偏轉(zhuǎn)三、畢奧三、畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律（考點(diǎn)?。键c(diǎn)?。?）電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)）電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)P畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律平方反比平
6、方反比軸線處軸線處磁場(chǎng)的橫向性：磁場(chǎng)的橫向性：磁場(chǎng)對(duì)電流元的作用力垂直于電流元磁場(chǎng)對(duì)電流元的作用力垂直于電流元電流元與它產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相互垂直的電流元與它產(chǎn)生的磁場(chǎng)是相互垂直的（2）整根電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度）整根電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度（3）多根電流在）多根電流在P點(diǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加疊加原理原理B=0在坐在坐標(biāo)標(biāo)原點(diǎn)有一原點(diǎn)有一電電流元流元試試求求該電該電流元在下列各點(diǎn)流元在下列各點(diǎn)處產(chǎn)處產(chǎn)生的磁感生的磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度。度。1.1.（3 3，0 0，4 4）2.2.（3 3，5 5，0 0），解：由解：由畢畢奧奧-薩薩伐伐爾爾定律，定律，該電該電流元流元產(chǎn)產(chǎn)生的生的電電磁感磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)
7、強(qiáng)度表示度表示為為：1.xyz122.求：直線電流的磁場(chǎng)分布。求：直線電流的磁場(chǎng)分布。lPIaO解：由解：由畢畢奧奧-薩薩伐伐爾爾定律，定律，該電該電流元流元產(chǎn)產(chǎn)生的生的電電磁感磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度表示表示為為：方向方向選選O點(diǎn)為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。點(diǎn)為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系。L地磁場(chǎng)：地磁場(chǎng)：0.5Gs 寬寬度度為為a 的的無無限限長(zhǎng)長(zhǎng)金金屬屬平平板板，均均勻勻通通電電流流I，求求：距離板邊緣距離板邊緣d 處處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。IaPd解：以解：以P P點(diǎn)為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系如圖。點(diǎn)為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系如圖。x0ix將板細(xì)分為許多無限長(zhǎng)直導(dǎo)線將板細(xì)分為許多無限長(zhǎng)直導(dǎo)線每根導(dǎo)線寬度為每根導(dǎo)線寬
8、度為 dx，通電流，通電流所有所有dB 的方向都一樣：的方向都一樣：求：一段半圓弧電流在其曲率中心處的磁場(chǎng)。求：一段半圓弧電流在其曲率中心處的磁場(chǎng)。OIR 解：解：方向：方向：ba求：半徑為求：半徑為R R,電流強(qiáng)度為電流強(qiáng)度為I I 的圓電流中心處的磁的圓電流中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。感應(yīng)強(qiáng)度。IR解：由上題的結(jié)果解：由上題的結(jié)果求：圓電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。求：圓電流軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度。IPRx解：解：0磁偶極距：磁偶極距：線圈的法線方向，線圈的法線方向，n=1I電偶極子中垂面處的電場(chǎng)：電偶極子中垂面處的電場(chǎng)：磁偶極子磁偶極子線圈軸線處的磁場(chǎng)：線圈軸線處的磁場(chǎng)：同向電流相吸引，同向電流相吸引，異
9、向電流相排斥。異向電流相排斥。INS一些磁偶極距一些磁偶極距電偶極子電偶極子單位：?jiǎn)挝唬篈m2小小 結(jié)結(jié)1、畢奧、畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律一小段電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)一小段電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)2、直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)、直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)平方反比平方反比處處：I無限長(zhǎng)直電流：無限長(zhǎng)直電流：P3、圓載流線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)、圓載流線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)NSI圓心處：圓心處：軸線上：軸線上：4、磁矩、磁矩圓線圈圓線圈5、右手定則、右手定則一、磁感應(yīng)線一、磁感應(yīng)線 磁通量磁通量I磁感應(yīng)磁感應(yīng)線特點(diǎn)線特點(diǎn)1.無頭無尾的閉合曲線無頭無尾的閉合曲線.2.與形成磁場(chǎng)的電流相套連與形成磁場(chǎng)的電流相套連.單位：韋伯（單位：韋伯（Wb
10、）1 Wb=1 T m23.磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方磁感應(yīng)線越密。磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方磁感應(yīng)線越密。磁磁通通量量：垂垂直直于于某某一一曲曲面面所通過的磁力線的條數(shù)。所通過的磁力線的條數(shù)。二、磁場(chǎng)的二、磁場(chǎng)的高斯定理高斯定理磁感應(yīng)線是閉合曲線。磁感應(yīng)線是閉合曲線。在任何在任何恒定電流恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，通過任意閉合曲面的磁通量為零。通過任意閉合曲面的磁通量為零。求穿過旋轉(zhuǎn)曲面的磁通量，求穿過旋轉(zhuǎn)曲面的磁通量，可以通過求穿過平面圓的可以通過求穿過平面圓的磁通量。磁通量。非保守場(chǎng)，不存在勢(shì)能的概念。非保守場(chǎng)，不存在勢(shì)能的概念。靜電場(chǎng)：靜電場(chǎng)：有源場(chǎng)，場(chǎng)源是電荷。有源場(chǎng)，場(chǎng)源是電荷。地球重力場(chǎng)
11、：地球重力場(chǎng)：有源場(chǎng)，場(chǎng)源有源場(chǎng)，場(chǎng)源地球地球萬有引力場(chǎng)：萬有引力場(chǎng)：有源場(chǎng)，場(chǎng)源有源場(chǎng)，場(chǎng)源有質(zhì)量的東西。有質(zhì)量的東西。保守場(chǎng)保守場(chǎng)有勢(shì)能有勢(shì)能磁場(chǎng)：散度為零，磁場(chǎng)：散度為零，（考點(diǎn)?。键c(diǎn)?。┮弧才喹h(huán)路定理一、安培環(huán)路定理穿過以穿過以L L為邊界的任意為邊界的任意曲面的電流的代數(shù)和。曲面的電流的代數(shù)和。I2I1I3L2L1磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)空空 間間 任任 意意 一一 點(diǎn)點(diǎn) 的的 磁磁 感感 應(yīng)應(yīng) 強(qiáng)強(qiáng) 度度 由由所有的電流所有的電流貢獻(xiàn)！貢獻(xiàn)！在在恒定電流恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度 沿任沿任意閉合回路意閉合回路L的線積分，等于環(huán)路的線積分，等于環(huán)路
12、L所包圍的電所包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和的流強(qiáng)度的代數(shù)和的 0 0倍。倍。通量和環(huán)量通量和環(huán)量安培環(huán)路定理的驗(yàn)證：安培環(huán)路定理的驗(yàn)證：rACL1L2LL1、L是任意閉合回路，包圍電流是任意閉合回路，包圍電流2、L不包圍電流不包圍電流 I可以證明，對(duì)非平面的任何環(huán)路，及任意的可以證明，對(duì)非平面的任何環(huán)路，及任意的閉合恒定電流閉合恒定電流，安培環(huán)路定理均成立。，安培環(huán)路定理均成立。ab I二、安培環(huán)路定理的應(yīng)用二、安培環(huán)路定理的應(yīng)用（重點(diǎn)?。ㄖ攸c(diǎn)！）用來求解具有用來求解具有高度對(duì)稱高度對(duì)稱的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)求：無限長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)求：無限長(zhǎng)直線電流的磁場(chǎng)解：對(duì)稱性分析解：對(duì)稱性分析磁感應(yīng)線是躺在垂直電流磁
13、感應(yīng)線是躺在垂直電流平面上的同心圓。平面上的同心圓。選環(huán)路選環(huán)路L圓心在電流直線上、半徑為圓心在電流直線上、半徑為r的圓。的圓。LIrBr0對(duì)比書上式對(duì)比書上式8.8由由畢畢-奧定律得出的結(jié)果奧定律得出的結(jié)果求：無限長(zhǎng)圓柱求：無限長(zhǎng)圓柱面面電流的磁場(chǎng)。電流的磁場(chǎng)。解：對(duì)稱性分析解：對(duì)稱性分析磁感應(yīng)線是躺在垂磁感應(yīng)線是躺在垂 直軸的平面上的一系列同心圓。直軸的平面上的一系列同心圓。選環(huán)路選環(huán)路L L如圖所示如圖所示(r R)(r R)(r R)(r R)aaPdBdB求：求：n匝匝/米的均勻米的均勻密繞細(xì)直長(zhǎng)密繞細(xì)直長(zhǎng)螺線管，通電流螺線管，通電流I，求管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度。求管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度。解解：對(duì)對(duì)
14、稱稱性性分分析析-管管內(nèi)內(nèi)磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度方方向向沿沿螺螺線線管管軸軸方方向向，選選回回路路abcd如如圖圖，由由安安培培環(huán)路定理：環(huán)路定理：內(nèi)部：內(nèi)部：外部：外部：abcd螺線管磁場(chǎng)螺線管磁場(chǎng)求：均勻求：均勻密繞細(xì)密繞細(xì)螺線環(huán)的磁場(chǎng)（已知中心半徑螺線環(huán)的磁場(chǎng)（已知中心半徑R，總匝數(shù)總匝數(shù)N，通電流，通電流I）解解：對(duì)對(duì)稱稱性性分分析析磁磁感感應(yīng)應(yīng)線線是是一一組組同同心心圓圓，選回路選回路L如圖，由安培環(huán)路定理：如圖，由安培環(huán)路定理：（其他）（其他）與環(huán)的橫截面形狀無關(guān)與環(huán)的橫截面形狀無關(guān)（環(huán)腔外）（環(huán)腔外）（環(huán)腔內(nèi)）（環(huán)腔內(nèi)）一、均勻磁場(chǎng)一、均勻磁場(chǎng) 勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng) 勻速圓周運(yùn)
15、動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng) q周期與速度無關(guān)周期與速度無關(guān)q回旋加速器回旋加速器同步加速器同步加速器極光極光電子在磁場(chǎng)電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)中的運(yùn)動(dòng) q半徑半徑周期周期h勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)+勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)一束粒子發(fā)散角不大、當(dāng)一束粒子發(fā)散角不大、幾乎相等時(shí)。幾乎相等時(shí)。磁聚焦磁聚焦螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋運(yùn)動(dòng)二、非均勻磁場(chǎng)（復(fù)雜）二、非均勻磁場(chǎng)（復(fù)雜）幾個(gè)特例，幾個(gè)特例，R和和h都在變化都在變化磁約束磁約束等離子體等離子體-物質(zhì)的第四態(tài)物質(zhì)的第四態(tài)三、霍爾效應(yīng)（三、霍爾效應(yīng)（Hall effect)-18791.霍爾效應(yīng)與霍爾系數(shù)霍爾效應(yīng)與霍爾系數(shù)IV霍爾電壓霍爾電壓UH一一通通電電物物體體置置與與磁磁
16、場(chǎng)場(chǎng)中中，在在垂垂直直于于 和和 I 的的方方向向上上會(huì)會(huì)出出現(xiàn)現(xiàn)電電勢(shì)勢(shì)差差-霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)平衡時(shí)平衡時(shí):霍爾系數(shù)霍爾系數(shù)載流子為正電荷？載流子為正電荷？討論金屬、半導(dǎo)體、討論金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的霍爾效應(yīng)？絕緣體的霍爾效應(yīng)？2.霍爾效應(yīng)的應(yīng)用霍爾效應(yīng)的應(yīng)用測(cè)量半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)（測(cè)量半導(dǎo)體的電學(xué)性質(zhì)（n/p型、載流子的漂移速率型、載流子的漂移速率v、載流子密度）測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、霍爾傳感器載流子密度）測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度、霍爾傳感器判斷載流子的電性（正負(fù)）判斷載流子的電性（正負(fù)）拇指指向高電位拇指指向高電位-正效應(yīng)正效應(yīng)-載流子是載流子是空穴（正電荷）空穴（正電荷）-p型型拇指指向低電位拇指指向低電位
17、-負(fù)效應(yīng)負(fù)效應(yīng)-載流子是載流子是電子（負(fù)電荷）電子（負(fù)電荷）-n型型載流子的載流子的漂移速率漂移速率v載流子數(shù)密度載流子數(shù)密度n 金屬中電子的熱運(yùn)動(dòng)速度幾百千米金屬中電子的熱運(yùn)動(dòng)速度幾百千米/秒，漂移速度只有幾豪米秒，漂移速度只有幾豪米/秒。秒。2.量子霍爾效應(yīng)量子霍爾效應(yīng)霍爾電阻霍爾電阻馮馮.克里青：半導(dǎo)體在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)中克里青：半導(dǎo)體在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)中 量子霍爾電阻量子霍爾電阻m=1、2、3崔琦：在更強(qiáng)的磁場(chǎng)條件下：崔琦：在更強(qiáng)的磁場(chǎng)條件下：、由帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直徑來計(jì)算其質(zhì)荷比。由帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)直徑來計(jì)算其質(zhì)荷比。（質(zhì)譜儀工作原理）（質(zhì)譜儀工作原理）C60的質(zhì)譜的質(zhì)譜粒子進(jìn)入磁場(chǎng)
18、時(shí)的動(dòng)能：粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的動(dòng)能：進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)：進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)：速度選擇器原理速度選擇器原理 一、一段載流導(dǎo)線上的力一、一段載流導(dǎo)線上的力-安培力安培力12長(zhǎng)度矢量長(zhǎng)度矢量I1個(gè)電子受力個(gè)電子受力N個(gè)電子受力個(gè)電子受力恒定電流、均勻磁場(chǎng)恒定電流、均勻磁場(chǎng)通電導(dǎo)線通電導(dǎo)線受磁場(chǎng)力受磁場(chǎng)力閉合線圈？閉合線圈？均均勻勻磁磁場(chǎng)場(chǎng)中中放放置置一一半半徑徑為為R的的剛剛性性半半圓圓形形導(dǎo)導(dǎo)線線，電電流流強(qiáng)強(qiáng)度度為為I，導(dǎo)導(dǎo)線線兩兩端端連連線線與與磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度方方向向夾夾角角=30，求求：此此 段段 圓圓 弧弧 電電 流流 所所 受受 的的 磁磁 場(chǎng)場(chǎng) 力力。解：解：方向：方向：
19、曲線電流在磁場(chǎng)中受到的安培力等于連曲線電流在磁場(chǎng)中受到的安培力等于連接曲線頭尾的直線電流所受的安培力。接曲線頭尾的直線電流所受的安培力。藍(lán)色直線電流所受力？藍(lán)色直線電流所受力？求：平行無限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線間單位長(zhǎng)度上的相互作用力。求：平行無限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線間單位長(zhǎng)度上的相互作用力。I1I2電流元電流元1處處電流元電流元2處處 方向方向方向方向方向方向方向方向同向電流，相吸引同向電流，相吸引逆向電流，相排斥逆向電流，相排斥解：解：電磁炮電磁炮1電磁炮電磁炮2磁鐵磁鐵S極正上方水平放一半徑為極正上方水平放一半徑為R的載流導(dǎo)線環(huán)，沿環(huán)的載流導(dǎo)線環(huán)，沿環(huán)處處B 與垂直方向夾角與垂直方向夾角，求：載流導(dǎo)線環(huán)受
20、的磁力。，求：載流導(dǎo)線環(huán)受的磁力。SZI解：一小段電流元受力解：一小段電流元受力由對(duì)稱性分析：由對(duì)稱性分析：俯俯 視視二、平面剛性線圈上的安培力矩二、平面剛性線圈上的安培力矩（均勻磁場(chǎng)）（均勻磁場(chǎng)）abcdI方向相反，作用在一直線上方向相反，作用在一直線上俯俯視視反反 向向力力矩矩 方向：方向：（俯視圖上）（俯視圖上）=0 穩(wěn)穩(wěn)定平衡；定平衡；=不不穩(wěn)穩(wěn)定平衡定平衡電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)線圈的安培力矩線圈的安培力矩三、磁力矩做功三、磁力矩做功 當(dāng)當(dāng) I 不隨時(shí)間變化：不隨時(shí)間變化：電流表、油表電流表、油表勢(shì)能：勢(shì)能：勢(shì)能零點(diǎn)：勢(shì)能零點(diǎn)：一、介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響一、介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)
21、-汞、銅等汞、銅等順磁質(zhì)順磁質(zhì)-氧、鋁等氧、鋁等鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)-鐵、鈷、鎳等鐵、鈷、鎳等-只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)磁介質(zhì)的磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率磁化、磁介質(zhì)磁化、磁介質(zhì)電電 磁磁 鐵鐵懸浮的青蛙懸浮的青蛙二、介質(zhì)的磁化機(jī)理二、介質(zhì)的磁化機(jī)理1.電子的磁矩電子的磁矩（1）軌道磁矩）軌道磁矩電子以速率電子以速率 v 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)載流線圈載流線圈電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度磁矩磁矩軌道角動(dòng)量軌道角動(dòng)量（2）自旋磁矩）自旋磁矩玻爾磁子玻爾磁子電子自旋電子自旋2.“分子電流分子電流”模型模型原子分子原子分子磁磁 矩矩電子軌道磁矩電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子自旋磁矩核自旋磁矩核自旋磁矩（小（小3個(gè)數(shù)量
22、級(jí)，常略去）個(gè)數(shù)量級(jí)，常略去）討論磁介質(zhì)時(shí)，將原子分子等效于討論磁介質(zhì)時(shí)，將原子分子等效于一個(gè)具有一個(gè)具有固有磁矩固有磁矩的電流圈。的電流圈。分子電流分子電流3.介質(zhì)的磁化機(jī)理介質(zhì)的磁化機(jī)理(1)順磁質(zhì)順磁質(zhì)在外磁場(chǎng)中，磁力矩使分子轉(zhuǎn)向。在外磁場(chǎng)中，磁力矩使分子轉(zhuǎn)向。分子電流的總體效應(yīng)，等效于介分子電流的總體效應(yīng)，等效于介質(zhì)表面的宏觀電流質(zhì)表面的宏觀電流 I。磁化電流磁化電流束縛電流。束縛電流。順磁質(zhì)的磁化電流順磁質(zhì)的磁化電流 I產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)同方向與外磁場(chǎng)同方向總磁感應(yīng)強(qiáng)度：總磁感應(yīng)強(qiáng)度：分子轉(zhuǎn)向，穿過電流圈的正向磁通量增加，會(huì)產(chǎn)分子轉(zhuǎn)向，穿過電流圈的正向磁通量增加，會(huì)產(chǎn)生反向
23、感應(yīng)電流，引起反向磁場(chǎng)，但，這種影響生反向感應(yīng)電流，引起反向磁場(chǎng)，但，這種影響只是只是 B的萬分之一。的萬分之一。說明：說明：氧順磁氧順磁安培分子電流安培分子電流（2）抗磁質(zhì)）抗磁質(zhì)未加外磁場(chǎng)時(shí)不顯磁性，凈磁矩為未加外磁場(chǎng)時(shí)不顯磁性，凈磁矩為 0 外加磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電場(chǎng)外加磁場(chǎng)過程中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電場(chǎng)對(duì)順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的電子加速，對(duì)順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的電子加速，對(duì)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的電子減速。對(duì)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的電子減速。產(chǎn)生一個(gè)和外加磁場(chǎng)方向相反的凈磁矩。產(chǎn)生一個(gè)和外加磁場(chǎng)方向相反的凈磁矩。當(dāng)外加磁場(chǎng)方向撤去的過程，產(chǎn)生一個(gè)反向的當(dāng)外加磁場(chǎng)方向撤去的過程，產(chǎn)生一個(gè)反向的感應(yīng)電場(chǎng)，凈磁矩消失，凈磁場(chǎng)消失。感應(yīng)電場(chǎng)，
24、凈磁矩消失，凈磁場(chǎng)消失?？偞鸥袘?yīng)強(qiáng)度：總磁感應(yīng)強(qiáng)度：總磁感應(yīng)強(qiáng)度：總磁感應(yīng)強(qiáng)度：（3）超導(dǎo)的完全抗磁效應(yīng)）超導(dǎo)的完全抗磁效應(yīng)1933 邁斯納邁斯納 超導(dǎo)磁懸浮超導(dǎo)磁懸浮三、磁化強(qiáng)度三、磁化強(qiáng)度1、定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和為介質(zhì)的、定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和為介質(zhì)的磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度。順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)單位：?jiǎn)挝唬篈/m2、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（以長(zhǎng)直螺線管內(nèi)介質(zhì)的磁化為例）（以長(zhǎng)直螺線管內(nèi)介質(zhì)的磁化為例）abcd選取回路選取回路abcd積分：積分：四、磁場(chǎng)強(qiáng)度四、磁場(chǎng)強(qiáng)度H有介質(zhì)時(shí)的磁場(chǎng)規(guī)律有介質(zhì)時(shí)的磁場(chǎng)規(guī)律 單位：?jiǎn)挝唬篈/mH 的環(huán)路定理的環(huán)
25、路定理令：令：實(shí)驗(yàn)顯示：實(shí)驗(yàn)顯示：磁化率磁化率各項(xiàng)同性介質(zhì)各項(xiàng)同性介質(zhì)解題思路：解題思路：一無限長(zhǎng)直螺線管，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為一無限長(zhǎng)直螺線管，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為n，螺線管，螺線管內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為 的均勻介質(zhì)。導(dǎo)線內(nèi)通電流的均勻介質(zhì)。導(dǎo)線內(nèi)通電流I，求：管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁介質(zhì)表面的束縛電流密度。求：管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁介質(zhì)表面的束縛電流密度。解：選回路解：選回路abcd，由，由H的環(huán)路定理的環(huán)路定理I一、鐵磁質(zhì)的基本特點(diǎn)一、鐵磁質(zhì)的基本特點(diǎn)1、2、有關(guān)有關(guān)3、磁滯效應(yīng)、磁滯效應(yīng)4、超過居里溫度變?yōu)轫槾刨|(zhì)、超過居里溫度變?yōu)轫槾刨|(zhì)5、有飽和狀態(tài)、有飽和狀態(tài)（100 1000）二、
26、磁化曲線與磁滯回線二、磁化曲線與磁滯回線1、磁化曲線、磁化曲線由實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同材料時(shí)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量不同材料時(shí)B，作，作 BH 曲線。曲線。鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)2、磁滯回線和材料的磁性、磁滯回線和材料的磁性硬磁材料硬磁材料軟磁材料軟磁材料矩磁材料矩磁材料Hc矯頑力矯頑力Br剩磁剩磁aefcdb磁滯回線所圍的面積與磁化能量成正比。磁滯回線所圍的面積與磁化能量成正比。BHO硬硬 盤盤3、鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制、鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制磁疇磁疇:是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵
27、那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如圖列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如圖所示。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為所示。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁磁疇壁。（交換耦合）。（交換耦合）居里溫度：居里溫度：當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁質(zhì)的鐵磁性就完全當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁質(zhì)的鐵磁性就完全消失，退化成順磁質(zhì)，這個(gè)溫度叫做消失，退化成順磁質(zhì)，這個(gè)溫度叫做居里溫度居里溫度或或居里點(diǎn)居里點(diǎn)。這是。這是因?yàn)殍F磁質(zhì)中自發(fā)磁化區(qū)域因劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)而糟破壞，磁因?yàn)殍F磁質(zhì)中自發(fā)磁化區(qū)域因劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)而糟破壞，磁疇也就瓦解了，鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失，過渡到順磁質(zhì)。疇也就瓦解了，鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失，過渡到順磁質(zhì)。鐵鐵的居的居里溫度是里溫度是1043K1043K。磁磁 場(chǎng)場(chǎng)電電 場(chǎng)場(chǎng)無磁荷無磁荷 基本場(chǎng)量基本場(chǎng)量有電荷有電荷 基本場(chǎng)量基本場(chǎng)量鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) 順磁質(zhì)順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)導(dǎo)體導(dǎo)體 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 絕緣體絕緣體磁介質(zhì)：磁化磁介質(zhì)：磁化電介質(zhì)：極化電介質(zhì)：極化一般無磁屏蔽一般無磁屏蔽有靜電屏蔽有靜電屏蔽比比 較較yxz通量和環(huán)量通量和環(huán)量
大學(xué)物理：第8章 恒定磁場(chǎng)
