大學(xué)物理(下)：第10章 穩(wěn)衡磁場(chǎng)

《大學(xué)物理(下)：第10章 穩(wěn)衡磁場(chǎng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)物理(下)：第10章 穩(wěn)衡磁場(chǎng)（49頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第第4篇篇 富蘭克林富蘭克林麥克斯韋麥克斯韋洛侖茲洛侖茲1.靜電場(chǎng)力的性質(zhì)：庫(kù)侖定靜電場(chǎng)力的性質(zhì)：庫(kù)侖定 律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)散度律、電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)散度2.靜電場(chǎng)能的性質(zhì)：靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)能的性質(zhì)：靜電場(chǎng)作功、電勢(shì)能、電場(chǎng)能量作功、電勢(shì)能、電場(chǎng)能量第三篇電磁學(xué)第三篇電磁學(xué)靜電學(xué)靜電學(xué)靜磁學(xué)靜磁學(xué)電磁學(xué)電磁學(xué)真空、金屬真空、金屬中靜電荷與中靜電荷與靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)介質(zhì)中的介質(zhì)中的靜電荷與靜電荷與靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電勢(shì)差穩(wěn)恒電勢(shì)差與穩(wěn)恒電場(chǎng)與穩(wěn)恒電場(chǎng)靜電荷產(chǎn)靜電荷產(chǎn)生的靜電場(chǎng)生的靜電場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電荷與磁場(chǎng)對(duì)電荷與電流的作用電流的作用磁現(xiàn)象的磁現(xiàn)象的電本質(zhì)電本質(zhì)磁場(chǎng)的性質(zhì)磁場(chǎng)的性質(zhì)散度與旋度散度與旋度磁產(chǎn)生電磁產(chǎn)生

2、電電產(chǎn)生磁電產(chǎn)生磁電磁場(chǎng)的電磁場(chǎng)的散度與旋度散度與旋度麥克思維方程組麥克思維方程組內(nèi)容結(jié)構(gòu)內(nèi)容結(jié)構(gòu)第十章穩(wěn)恒磁場(chǎng)第十章穩(wěn)恒磁場(chǎng)研究對(duì)象研究對(duì)象：穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)與電流、磁場(chǎng)與磁場(chǎng)：穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)與電流、磁場(chǎng)與磁場(chǎng)的相互作用的相互作用穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)場(chǎng)及其相互作用穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)場(chǎng)及其相互作用1.磁現(xiàn)象的電本質(zhì)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)2.磁場(chǎng)的基本性質(zhì)磁場(chǎng)的基本性質(zhì) 磁場(chǎng)的旋度與散度磁場(chǎng)的旋度與散度1.磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用2.磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用磁現(xiàn)象的電本質(zhì)磁現(xiàn)象的電本質(zhì) 運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)電荷間的相磁場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)電荷間的相互作用

3、互作用內(nèi)容結(jié)構(gòu)內(nèi)容結(jié)構(gòu)10-1.磁現(xiàn)象的電本質(zhì)磁現(xiàn)象的電本質(zhì)1.磁現(xiàn)象電本質(zhì)假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)磁現(xiàn)象電本質(zhì)假說(shuō)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力作用電流對(duì)磁鐵有力作用電流對(duì)磁鐵有力作用電流對(duì)電流有力作用電流對(duì)電流有力作用結(jié)論：磁現(xiàn)象是由電現(xiàn)象引起的結(jié)論：磁現(xiàn)象是由電現(xiàn)象引起的或電荷運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生磁現(xiàn)象的本質(zhì)原因或電荷運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生磁現(xiàn)象的本質(zhì)原因2.磁現(xiàn)象電本質(zhì)的唯象假說(shuō)磁現(xiàn)象電本質(zhì)的唯象假說(shuō)庫(kù)侖小磁鐵模型庫(kù)侖小磁鐵模型安培分子電流假說(shuō)安培分子電流假說(shuō)3.磁現(xiàn)象電本質(zhì)的理論解釋磁現(xiàn)象電本質(zhì)的理論解釋特例特例1：垂直于運(yùn)動(dòng)電荷方向的電場(chǎng)變換：垂直于運(yùn)動(dòng)電荷方向的電場(chǎng)變換o x z l0E -

4、 oxzlEv電荷相對(duì)于電荷相對(duì)于S 靜止靜止板外板外0 E板內(nèi)板內(nèi)kE0 電荷相對(duì)于電荷相對(duì)于S 運(yùn)動(dòng)，速度為運(yùn)動(dòng)，速度為v(1) 電場(chǎng)變換電場(chǎng)變換因因2201cllv 22/1cv故故在在S系中，電場(chǎng)的方向系中，電場(chǎng)的方向?qū)γ繅K板，電場(chǎng)具有對(duì)稱性對(duì)每塊板，電場(chǎng)具有對(duì)稱性合場(chǎng)強(qiáng)方向相下合場(chǎng)強(qiáng)方向相下場(chǎng)強(qiáng)大小場(chǎng)強(qiáng)大小(由高斯定理由高斯定理)oxzv板外板外0 E板內(nèi)板內(nèi)kkE00 結(jié)論結(jié)論1：垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向上，電場(chǎng)增強(qiáng)：垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向上，電場(chǎng)增強(qiáng) 倍倍特例特例2：平行于運(yùn)動(dòng)電荷方向的電場(chǎng)變換：平行于運(yùn)動(dòng)電荷方向的電場(chǎng)變換zxvo相對(duì)論效應(yīng)只引起板級(jí)間距減小，于是相對(duì)論效應(yīng)只引起板級(jí)間距

5、減小，于是0/ EE結(jié)論結(jié)論2：平行于電荷運(yùn)動(dòng)方向上，電場(chǎng)保持不變：平行于電荷運(yùn)動(dòng)方向上，電場(chǎng)保持不變(1) 運(yùn)動(dòng)電荷間的作用力與磁感應(yīng)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)電荷間的作用力與磁感應(yīng)強(qiáng)度zxv0ov物理模型物理模型電場(chǎng)任意方向，與電場(chǎng)任意方向，與S 系相對(duì)靜止系相對(duì)靜止q以速度以速度v相對(duì)于相對(duì)于S系運(yùn)動(dòng)系運(yùn)動(dòng) S系以速度系以速度v0相對(duì)于相對(duì)于S 系運(yùn)動(dòng)系運(yùn)動(dòng)q在在S 系受力系受力 00/ zzzyyyxxxqEqEFqEqEFqEqEF利用了利用了結(jié)論結(jié)論1和和結(jié)論結(jié)論2 )/1()/1(/1/200200202cFFcFFcFcFFxzzxyyxxxvvvvvvvv 利用狹義相對(duì)論利用狹義相對(duì)論力的變換

6、公式力的變換公式 2022020220200/1/1/1/1/1cccccxzzxyyxxxvvvvvvvvvvvvvvv及及q在在S 系受力系受力代入速度變換代入速度變換 202020/)(cEqqEFcEqqEFcEEqqEFzxzzyxyyzzyyxxvvvvvvv EcBBqEqF20/vv結(jié)論：結(jié)論： 磁場(chǎng)力是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)力的相對(duì)論效應(yīng)部分磁場(chǎng)力是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)力的相對(duì)論效應(yīng)部分10-2.畢奧薩伐爾實(shí)驗(yàn)定律畢奧薩伐爾實(shí)驗(yàn)定律微分形式微分形式2004rrlIdBd 積分形式積分形式 2004rrlIddB其中，其中，dl 表電流方向的電流微元，表電流方向的電流微元，r 距離電

7、流微元的位矢距離電流微元的位矢1 畢奧薩伐爾實(shí)驗(yàn)定律畢奧薩伐爾實(shí)驗(yàn)定律IdlrI2 畢奧薩伐爾定律的應(yīng)用畢奧薩伐爾定律的應(yīng)用例：求解無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)分布例：求解無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)分布 a r 2 1 z x 解：由對(duì)稱性，只求解解：由對(duì)稱性，只求解xy平面的平面的B 20200sin44rIdlBrrlIdBd統(tǒng)一積分變量統(tǒng)一積分變量 2sinaddzctgaz sinar)cos(cos4sin4210021 IdaIB當(dāng)導(dǎo)線為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)當(dāng)導(dǎo)線為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)aIaIB 2)cos(cos40210方向有右手螺旋法則確定方向有右手螺旋法則確定例：求解無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線帶中心軸線正上方的磁感應(yīng)強(qiáng)度例：求解無(wú)

8、限長(zhǎng)導(dǎo)線帶中心軸線正上方的磁感應(yīng)強(qiáng)度解：由對(duì)稱性，只需計(jì)算解：由對(duì)稱性，只需計(jì)算xy平面平面x方向的磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng) cos20adIBdx a r dB dx y x 統(tǒng)一積分變量統(tǒng)一積分變量dxaIdI 22yxr 22cosyxyry yaarctgaIyxdxaIyBaa2202/2/220 當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)ay yIB 20當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)限大平面電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)當(dāng)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)限大平面電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)ay aIB20 例：求解圓電流軸線上點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度例：求解圓電流軸線上點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度解：由對(duì)稱性，沿解：由對(duì)稱性，沿軸線軸線方向方向B不為零

9、不為零20200490sin4rIdlrIdldB sin420/rIdldBar dBIdlyxzdB dB/ra sin addl22zar 統(tǒng)一積分變量統(tǒng)一積分變量于是于是2/32220)(2zaIaB 討論討論：當(dāng)：當(dāng)z=0時(shí)時(shí)aIB200 當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)az zr 3202zIaB 定義磁偶極子定義磁偶極子nNISpm 3202zIaB 磁偶極子產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁偶極子產(chǎn)生的磁場(chǎng) i N S 例：半徑為例：半徑為R，帶電量為，帶電量為q的均勻帶電圓盤(pán)以的均勻帶電圓盤(pán)以 繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)繞其軸心轉(zhuǎn)動(dòng)求：圓盤(pán)求：圓盤(pán)中心處中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度與圓盤(pán)的的磁感應(yīng)強(qiáng)度與圓盤(pán)的磁矩磁矩 i N S 解解：圓盤(pán)中心

10、的磁感應(yīng)強(qiáng)度圓盤(pán)中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)相當(dāng)于許多的環(huán)形電流，取微元環(huán)形電流轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)相當(dāng)于許多的環(huán)形電流，取微元環(huán)形電流drrdI)( 2Rq rdIdBRIB22000 2220000qRdrBR 圓盤(pán)的磁矩圓盤(pán)的磁矩203241qRdrrpdIrdpRmm 例：求解螺線管內(nèi)部軸線上的磁場(chǎng)例：求解螺線管內(nèi)部軸線上的磁場(chǎng)xNSdB 1 2x1x2解：設(shè)螺線管的半徑為解：設(shè)螺線管的半徑為R，單位長(zhǎng)度線圈的匝數(shù)為，單位長(zhǎng)度線圈的匝數(shù)為n，并認(rèn)，并認(rèn)為螺線管的每匝線圈可以看作為平面環(huán)形電流為螺線管的每匝線圈可以看作為平面環(huán)形電流由圓形電流軸線上的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式由圓形電流軸線上的磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算公式)c

11、os(cos2)(2)(21202/322202/3222021 nIxRdxnIRBxRdxnIRdBxx討論：當(dāng)螺線管為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)討論：當(dāng)螺線管為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)nInIB010)cos0(cos2 在兩個(gè)端點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度在兩個(gè)端點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度20nIB 10-3. 磁場(chǎng)的通量定理磁場(chǎng)的通量定理 1.磁場(chǎng)的形象描述磁場(chǎng)的形象描述磁力線磁力線 (1).磁力線的定義磁力線的定義 A.磁力線上任意一點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)的磁力線上任意一點(diǎn)的切線方向代表該點(diǎn)的B方向方向B.磁力線的疏密程度代表該點(diǎn)磁力線的疏密程度代表該點(diǎn)B的大小。即的大小。即 sdBSBm (2).磁力線的基本性質(zhì)磁力線的基本性質(zhì) A.磁

12、力線是封閉的閉合曲線，或兩端伸向無(wú)限遠(yuǎn)磁力線是封閉的閉合曲線，或兩端伸向無(wú)限遠(yuǎn)B.磁力線與電力線相互套合，即每條磁力線都圍繞著載流導(dǎo)線磁力線與電力線相互套合，即每條磁力線都圍繞著載流導(dǎo)線C.任意兩條磁力線都不相交任意兩條磁力線都不相交 2.磁場(chǎng)的通量定理磁場(chǎng)的通量定理 i N S 由磁力線的基本性質(zhì)，可得磁場(chǎng)的高斯定理如下由磁力線的基本性質(zhì)，可得磁場(chǎng)的高斯定理如下 積分形式積分形式 0 SsdB微分形式微分形式 0 B結(jié)論：磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)結(jié)論：磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng) 例：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為例：在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中作一半的均勻磁場(chǎng)中作一半徑為徑為r的半球面的半球面S，S邊線所在平面的法線邊線所在平面的法

13、線向單位矢量與的夾角為向單位矢量與的夾角為 ，則通過(guò)半球面，則通過(guò)半球面S的磁通量為的磁通量為 (A) r2B (B) 2 r2B (C) r2B sin (D) r2B cos 由由 0 sdB得得 sssdBsdB 0 即即 ssxBrsdBsdB 2 cos 10-4. 磁場(chǎng)的環(huán)路定理磁場(chǎng)的環(huán)路定理 1 安培環(huán)路定理的說(shuō)明安培環(huán)路定理的說(shuō)明 說(shuō)明安培環(huán)路定理的思路說(shuō)明安培環(huán)路定理的思路 首先首先計(jì)算簡(jiǎn)單實(shí)例計(jì)算簡(jiǎn)單實(shí)例無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)環(huán)量無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)環(huán)量然后然后推廣推廣認(rèn)為任意情形下磁場(chǎng)的環(huán)量都滿足特例的結(jié)果認(rèn)為任意情形下磁場(chǎng)的環(huán)量都滿足特例的結(jié)果這一結(jié)果稱為安培環(huán)路定理。這一結(jié)

14、果稱為安培環(huán)路定理。(嚴(yán)格的推證可參考嚴(yán)格的推證可參考電動(dòng)力學(xué)電動(dòng)力學(xué)郭碩鴻，高等教育出版社郭碩鴻，高等教育出版社p16p18) 例：以無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線為圓心的任意圓形環(huán)路的磁場(chǎng)環(huán)量計(jì)算例：以無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線為圓心的任意圓形環(huán)路的磁場(chǎng)環(huán)量計(jì)算 解：無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為解：無(wú)限長(zhǎng)通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 RIB 20 IRRIl dB00)2(2 于是于是討論討論：A.當(dāng)電流沿相反方向流動(dòng)時(shí)，上式為當(dāng)電流沿相反方向流動(dòng)時(shí)，上式為 Il dB0 電流的方向與環(huán)路的方向滿足右手螺旋法則電流的方向與環(huán)路的方向滿足右手螺旋法則B.上式結(jié)果中與距離上式結(jié)果中與距離R 沒(méi)有關(guān)系沒(méi)有關(guān)系 I l 2

15、.安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 推廣推廣：對(duì)任意電流產(chǎn)生磁場(chǎng)沿閉合回路的環(huán)量，均滿足：對(duì)任意電流產(chǎn)生磁場(chǎng)沿閉合回路的環(huán)量，均滿足Il dB0 積分形式積分形式JB0 微分形式微分形式討論討論：A. 磁場(chǎng)是無(wú)源有旋場(chǎng)磁場(chǎng)是無(wú)源有旋場(chǎng) B. 當(dāng)當(dāng)I的方向與環(huán)路的方向滿足右手螺旋法則時(shí)，的方向與環(huán)路的方向滿足右手螺旋法則時(shí)，I取正取正 C. 利用安培環(huán)路定理求解磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須滿足高度對(duì)稱性利用安培環(huán)路定理求解磁感應(yīng)強(qiáng)度，必須滿足高度對(duì)稱性D. 安培環(huán)路定理中，安培環(huán)路定理中，I是穿過(guò)以環(huán)路為邊界的面的電流是穿過(guò)以環(huán)路為邊界的面的電流 B是環(huán)路內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和是環(huán)路內(nèi)外所有電流產(chǎn)

16、生的總的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和 3.安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例 例：求解半徑為例：求解半徑為R，流有均勻電流，流有均勻電流I 的圓柱體產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布的圓柱體產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布 R r 柱內(nèi)磁場(chǎng)分布柱內(nèi)磁場(chǎng)分布 因因 Il dB0 IRrIi22 于是于是 202 RIrB 柱外磁場(chǎng)分布柱外磁場(chǎng)分布 rIB 20 例：求解載流螺線環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布例：求解載流螺線環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布 解：由電流分布的對(duì)稱性，與螺線環(huán)共軸的圓周上的磁感應(yīng)強(qiáng)解：由電流分布的對(duì)稱性，與螺線環(huán)共軸的圓周上的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，選取與螺線環(huán)共軸的圓周為積分回路，有度相等，選取與螺線環(huán)共軸的圓周為積分回路，有 環(huán)管內(nèi)磁場(chǎng)分

17、布環(huán)管內(nèi)磁場(chǎng)分布 rNIBNIl dB 200 在螺線環(huán)管外在螺線環(huán)管外 00 Bl dB結(jié)論：在密繞的螺線環(huán)外，不存在磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)只分布在螺結(jié)論：在密繞的螺線環(huán)外，不存在磁場(chǎng)分布，磁場(chǎng)只分布在螺線環(huán)管內(nèi)部；當(dāng)螺線環(huán)的橫切面積很小時(shí)，螺線環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)可線環(huán)管內(nèi)部；當(dāng)螺線環(huán)的橫切面積很小時(shí)，螺線環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)可以近似看作為均勻磁場(chǎng)以近似看作為均勻磁場(chǎng) 例：在半徑為例：在半徑為R的長(zhǎng)直金屬圓柱體內(nèi)部挖去一個(gè)半徑為的長(zhǎng)直金屬圓柱體內(nèi)部挖去一個(gè)半徑為r的長(zhǎng)的長(zhǎng)直圓柱體，兩柱體軸線平行，其間距為直圓柱體，兩柱體軸線平行，其間距為a ，如圖，今在此，如圖，今在此導(dǎo)體上通以電流導(dǎo)體上通以電流I，電流在截面上均勻

18、，則空心部分軸線上，電流在截面上均勻，則空心部分軸線上O 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 (A) 2202RaaI (B) 22202RraaI (C) 22202rRaaI (D) 222202arRaaI 答：答：(C)對(duì)對(duì) 例：無(wú)限大均勻載流（面電流密度為例：無(wú)限大均勻載流（面電流密度為J）平面兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度）平面兩側(cè)的磁感應(yīng)強(qiáng)度20jB (1) 試根據(jù)長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)公式，用積分法得出結(jié)果試根據(jù)長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)公式，用積分法得出結(jié)果 (2) 試根據(jù)安培環(huán)路定理得出結(jié)果試根據(jù)安培環(huán)路定理得出結(jié)果 解：解：(1) 取載流平面的截面，取載流平面的截面，y軸和軸和z軸在平軸在平面上

19、，面上，x軸垂直于平面，電流方向?yàn)檩S垂直于平面，電流方向?yàn)閦方方向由對(duì)稱性，向由對(duì)稱性，B只有只有y分量分量 jxyxydxyxyjydyrjydyrjdydBBByy212)(2 2cos20 20 220 20 0 (2) 據(jù)據(jù)(1)中分析，面兩側(cè)的磁力線如圖，作安培環(huán)路中分析，面兩側(cè)的磁力線如圖，作安培環(huán)路L，則，則 jbBbjblBL00 2 d 即即故故 jB20 10.5磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷及電流的相互作用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷及電流的相互作用 1 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 (1). 洛侖茲力洛侖茲力 EcBBqEqF20/vv在慣性系中，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用力可以表示

20、為在慣性系中，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用力可以表示為 磁場(chǎng)力磁場(chǎng)力( (洛侖茲力洛侖茲力) ) BqFB v例：電子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況例：電子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況 B v 解：設(shè)電荷解：設(shè)電荷q以速度以速度v、切與、切與B成成 角入射磁場(chǎng)，將入射速度分解角入射磁場(chǎng)，將入射速度分解為垂直與磁場(chǎng)與平行于磁場(chǎng)的兩個(gè)方向?yàn)榇怪迸c磁場(chǎng)與平行于磁場(chǎng)的兩個(gè)方向 B v cos/vv sinvv 只有垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)只有垂直于磁場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng) sinBqBqFBvv 在洛侖茲力作用下在洛侖茲力作用下圓周運(yùn)動(dòng)的半徑圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 BqmRRmFB sin2vv 在洛侖茲力作用下在洛侖茲力作用

21、下圓周運(yùn)動(dòng)的周期圓周運(yùn)動(dòng)的周期 BqmTRT 22 v帶電粒子一個(gè)周期帶電粒子一個(gè)周期B方向方向前進(jìn)的距離前進(jìn)的距離 BqmhTh cos2/vv 討論討論：A.螺旋旋進(jìn)的周期與粒子運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)螺旋旋進(jìn)的周期與粒子運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān) B.螺旋旋進(jìn)的半徑、水平前進(jìn)距離與入射粒子的速度、速度螺旋旋進(jìn)的半徑、水平前進(jìn)距離與入射粒子的速度、速度與與B的夾角有關(guān)。的夾角有關(guān)。 垂直入射時(shí)，粒子只在與垂直入射時(shí)，粒子只在與B垂直的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)。垂直的平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)。 (2) 洛侖茲力的實(shí)際應(yīng)用洛侖茲力的實(shí)際應(yīng)用 i 磁聚焦磁聚焦 目的目的：使具有相同速度的帶電粒子經(jīng)：使具有相同速度的帶電粒子經(jīng)一個(gè)一個(gè)

22、(或幾個(gè)或幾個(gè))周期后匯聚于同一點(diǎn)周期后匯聚于同一點(diǎn) 方法方法：帶電粒子以幾乎平行于磁場(chǎng)方：帶電粒子以幾乎平行于磁場(chǎng)方向入射磁場(chǎng)向入射磁場(chǎng)(保證入射角度很小保證入射角度很小) 原理原理：具有相同速度的帶電粒子在小角度入射時(shí)，經(jīng)一個(gè)或幾：具有相同速度的帶電粒子在小角度入射時(shí)，經(jīng)一個(gè)或幾個(gè)周期的螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)會(huì)匯聚于同一點(diǎn)個(gè)周期的螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)會(huì)匯聚于同一點(diǎn) BqmhBqmhvv 2cos20 即：無(wú)論帶電粒子垂直于即：無(wú)論帶電粒子垂直于B的速度如何，但經(jīng)一個(gè)或幾個(gè)周期的速度如何，但經(jīng)一個(gè)或幾個(gè)周期的螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，相同速度大小的帶電粒子會(huì)匯聚于同一點(diǎn)的螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，相同速度大小的帶電粒子會(huì)匯聚于同一點(diǎn)

23、 ii 等離子體約束等離子體約束 目的目的：將高能粒子束縛在有限空間體積內(nèi)：將高能粒子束縛在有限空間體積內(nèi) 方法方法：使高能粒子在非均勻磁場(chǎng)中作往復(fù)的螺旋運(yùn)動(dòng)，從而：使高能粒子在非均勻磁場(chǎng)中作往復(fù)的螺旋運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到束縛帶電粒子的目的達(dá)到束縛帶電粒子的目的 原理原理：由通電線圈產(chǎn)生強(qiáng)的非均勻磁場(chǎng)：由通電線圈產(chǎn)生強(qiáng)的非均勻磁場(chǎng)使高能粒子在非均勻磁場(chǎng)中作反復(fù)螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)使高能粒子在非均勻磁場(chǎng)中作反復(fù)螺旋旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)(3).霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng) A.霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)：在均勻磁場(chǎng)：在均勻磁場(chǎng)Bx中放置一板狀導(dǎo)體，當(dāng)通以電流中放置一板狀導(dǎo)體，當(dāng)通以電流Iy時(shí)，金屬導(dǎo)體中一定存在電勢(shì)差時(shí)，金屬導(dǎo)體中一定存在電勢(shì)差

24、UHB.霍爾效應(yīng)的理論解釋霍爾效應(yīng)的理論解釋 運(yùn)動(dòng)電荷在外磁場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用運(yùn)動(dòng)電荷在外磁場(chǎng)中受到洛侖茲力的作用(如圖如圖)，從而在，從而在z方向形成霍爾電勢(shì)差方向形成霍爾電勢(shì)差 C.霍爾電勢(shì)差的計(jì)算霍爾電勢(shì)差的計(jì)算 當(dāng)霍爾電勢(shì)差產(chǎn)生的電場(chǎng)作用力與洛侖茲力產(chǎn)生的作用力當(dāng)霍爾電勢(shì)差產(chǎn)生的電場(chǎng)作用力與洛侖茲力產(chǎn)生的作用力平衡時(shí)，霍爾電勢(shì)差達(dá)到最大值平衡時(shí)，霍爾電勢(shì)差達(dá)到最大值 由平衡條件由平衡條件 I B UH x y z B v f a b BEBeEeHHvv BaEaUHv 設(shè)金屬導(dǎo)體中的電子濃度為設(shè)金屬導(dǎo)體中的電子濃度為n，則，則 abneIv I B UH x y z B v f

25、a b 于是于是 bIBneUH1 D.霍爾效應(yīng)的應(yīng)用霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 a.判斷半導(dǎo)體的類(lèi)型判斷半導(dǎo)體的類(lèi)型b.計(jì)算載流子的濃度計(jì)算載流子的濃度c.測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度2磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力安培定理安培定理 (1).安培定理安培定理 由洛侖茲力公式由洛侖茲力公式 BqFB v設(shè)單位體積導(dǎo)體的載流子數(shù)為設(shè)單位體積導(dǎo)體的載流子數(shù)為n，則，則dl長(zhǎng)度的導(dǎo)體中的載流子數(shù)目為長(zhǎng)度的導(dǎo)體中的載流子數(shù)目為 l dsnN 該導(dǎo)體微元所受的洛侖茲力為該導(dǎo)體微元所受的洛侖茲力為 Bjsl dBnqsl dBql dsnBNqFd )()()(vvv I B UH x y z B v f a

26、b 考慮到考慮到j(luò)的方向與的方向與dl方向一致，上式為方向一致，上式為 BlIdBsjl dFd )(磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力 BlIdF安培定理：磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力安培定理：磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用力 BlIdF(2).安培定理的應(yīng)用舉例安培定理的應(yīng)用舉例 例：均勻磁場(chǎng)中任意形狀的載流導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力例：均勻磁場(chǎng)中任意形狀的載流導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力 a b dl 解：由解：由 BlIdF同時(shí)考慮到同時(shí)考慮到B，I為恒量，改寫(xiě)上式為為恒量，改寫(xiě)上式為 Bl dIF)( a b dl 上式中積分是矢量積分，相當(dāng)于對(duì)矢量微元求矢量和，由矢量上式中積分是矢量積分，相當(dāng)于對(duì)矢量微元求矢量和，由

27、矢量合成法則，有合成法則，有 ablabl d sin)(ababBIlBl IBl dIF 為為B 與與lab之間的夾角之間的夾角例：如圖，載流導(dǎo)線的電流為例：如圖，載流導(dǎo)線的電流為I1，圓形線圈載流為，圓形線圈載流為I2，圓形線，圓形線圈的直徑與載流導(dǎo)線重合且絕緣圈的直徑與載流導(dǎo)線重合且絕緣 求：圓形線圈所受的作用力求：圓形線圈所受的作用力 I1 I2 x y dF y x o dF 解法一解法一：判斷載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)與圓：判斷載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)與圓形線圈所受力方向形線圈所受力方向 載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向如圖，大小載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向如圖，大小 xIB 210 圓形線圈所受力圓形線圈所

28、受力 jdFidFFdyx 由對(duì)稱性由對(duì)稱性 0 yF由由 dlBIFBlIdFx cos2 I1 I2 x y dF y x o dF 因因 Rddl cosRx 于是于是 21020122IIdIIFx 解法二解法二 2122llBl dIBl dIFBlIdF 21)()()()(22llkBjdyidxIkBjdyidxIF 1121)()(2lllliBdyjBdxiBdyjBdxI RRRRiBdyiBdyjBdxjBdxI)()(00002iIIiBdyIRR2102)(2 (3).均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的力矩均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的力矩 B n l1 l2 f2 f2 f1 f1 I

29、線圈所受合外力線圈所受合外力 BlIdF易知易知 11ff 22ff 于是于是 0 fF線圈所受的合外力矩線圈所受的合外力矩, ,由由 FrM 可知可知 22fMM 212cos2flMf 而而 22BIlf 于是于是 sin21cos21cos2122mmfBPBPlIlBM BPMMmf 22結(jié)論結(jié)論：A.通電線圈在均勻磁場(chǎng)中所受合外力為零通電線圈在均勻磁場(chǎng)中所受合外力為零B.在均勻磁場(chǎng)中線圈所受力矩總試圖使線圈磁矩與在均勻磁場(chǎng)中線圈所受力矩總試圖使線圈磁矩與B方向一致方向一致所受力矩均滿足所受力矩均滿足BPMm 例：均勻帶電剛性細(xì)桿例：均勻帶電剛性細(xì)桿AB，電荷線密度為，電荷線密度為 ，

30、繞垂直于直線，繞垂直于直線的軸的軸O以以 角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（O點(diǎn)在細(xì)桿點(diǎn)在細(xì)桿AB延長(zhǎng)線上）延長(zhǎng)線上）求：求：(1) O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；(2) 磁矩；磁矩；(3) 若若ab，求，求B0及及pm 解：解：(1) 對(duì)對(duì)rrdr段，電荷段，電荷dq dr，旋轉(zhuǎn)形成圓電流，則，旋轉(zhuǎn)形成圓電流，則 rqId22dd 它在它在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 rrrIBd42dd000 abarrBbaa ln4d4 000 (2) rrIrpmd21dd22 6/ )(d21d33 2abarrppbaamm (3) 若若ab，則，則 ababa lnaqabB 44000

31、于是于是過(guò)渡到點(diǎn)電荷情況過(guò)渡到點(diǎn)電荷情況5-4.磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁介質(zhì)中的磁場(chǎng) 處理介質(zhì)中的磁場(chǎng)的基本思路處理介質(zhì)中的磁場(chǎng)的基本思路首先首先討論有介質(zhì)存在時(shí)，介質(zhì)行為對(duì)原磁場(chǎng)的影響討論有介質(zhì)存在時(shí)，介質(zhì)行為對(duì)原磁場(chǎng)的影響然后然后在原磁場(chǎng)分布基礎(chǔ)之上疊加介質(zhì)行為對(duì)原磁場(chǎng)的影響，考在原磁場(chǎng)分布基礎(chǔ)之上疊加介質(zhì)行為對(duì)原磁場(chǎng)的影響，考慮后的總結(jié)果就是介質(zhì)中的磁場(chǎng)分布?？紤]磁場(chǎng)中的介質(zhì)行慮后的總結(jié)果就是介質(zhì)中的磁場(chǎng)分布。考慮磁場(chǎng)中的介質(zhì)行為后，介質(zhì)中的磁場(chǎng)問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為真空中磁場(chǎng)分布問(wèn)題為后，介質(zhì)中的磁場(chǎng)問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為真空中磁場(chǎng)分布問(wèn)題 處理方案處理方案一考察、描述磁場(chǎng)中介質(zhì)的行為一考察、描述磁場(chǎng)中介質(zhì)的行為

32、二介質(zhì)中磁場(chǎng)的性質(zhì)二介質(zhì)中磁場(chǎng)的性質(zhì)三基本應(yīng)用三基本應(yīng)用 一磁場(chǎng)中的介質(zhì)行為一磁場(chǎng)中的介質(zhì)行為 ( (一一) ) 介質(zhì)磁化原理介質(zhì)磁化原理1. 磁介質(zhì)的種類(lèi)磁介質(zhì)的種類(lèi)抗磁介質(zhì)抗磁介質(zhì)：無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩的矢量和為零：無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩的矢量和為零順磁介質(zhì)順磁介質(zhì)：無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩矢量和不為零：無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩矢量和不為零鐵磁介質(zhì)鐵磁介質(zhì)：有外場(chǎng)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原磁場(chǎng)，且內(nèi)部：有外場(chǎng)時(shí)，介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原磁場(chǎng)，且內(nèi)部磁場(chǎng)隨外磁場(chǎng)大小變化而變化磁場(chǎng)隨外磁場(chǎng)大小變化而變化說(shuō)明說(shuō)明：分子的固有磁矩是指無(wú)外場(chǎng)時(shí)，分子內(nèi)部原子、原子

33、核：分子的固有磁矩是指無(wú)外場(chǎng)時(shí)，分子內(nèi)部原子、原子核軌道及自旋磁矩的矢量和軌道及自旋磁矩的矢量和2. 抗磁介質(zhì)、順磁介質(zhì)的磁化原理抗磁介質(zhì)、順磁介質(zhì)的磁化原理(1).抗磁介質(zhì)磁化原理抗磁介質(zhì)磁化原理A. 無(wú)外場(chǎng)時(shí)無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩的矢量和為零，對(duì)外，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩的矢量和為零，對(duì)外不顯宏觀磁性不顯宏觀磁性B. 有外場(chǎng)時(shí)有外場(chǎng)時(shí)，介質(zhì)分子在洛侖茲力作用下作拉摩爾進(jìn)動(dòng)，介質(zhì)分子在洛侖茲力作用下作拉摩爾進(jìn)動(dòng)沿沿B0方向觀察，電子動(dòng)量矩繞方向觀察，電子動(dòng)量矩繞B0總是逆時(shí)針旋進(jìn)的總是逆時(shí)針旋進(jìn)的由電由電子進(jìn)動(dòng)而等效的分子電流的磁矩子進(jìn)動(dòng)而等效的分子電流的磁矩 pm永遠(yuǎn)與永遠(yuǎn)與B0

34、相反相反介質(zhì)表現(xiàn)抗磁性介質(zhì)表現(xiàn)抗磁性C. 電子拉摩爾進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩電子拉摩爾進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩 pm是產(chǎn)生磁效應(yīng)唯一原因是產(chǎn)生磁效應(yīng)唯一原因D. 抗磁性介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)抗磁性介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)00BBBB pm觀察方向觀察方向B0(2).順磁介質(zhì)磁化原理順磁介質(zhì)磁化原理A.無(wú)外場(chǎng)時(shí)無(wú)外場(chǎng)時(shí)，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩由于雜亂排列，對(duì)外，構(gòu)成介質(zhì)分子的固有磁矩由于雜亂排列，對(duì)外不顯示宏觀磁性不顯示宏觀磁性B.有外磁場(chǎng)時(shí)有外磁場(chǎng)時(shí)，電子固有磁矩受到外磁，電子固有磁矩受到外磁場(chǎng)力矩作用，使分子磁矩沿外磁場(chǎng)相場(chǎng)力矩作用，使分子磁矩沿外磁場(chǎng)相同方向作有序排列，對(duì)外表現(xiàn)出宏觀同方向作有序排列，對(duì)外表現(xiàn)出宏觀順磁性。由于

35、抗磁性與順磁性相比非常小，因而，宏觀上順磁順磁性。由于抗磁性與順磁性相比非常小，因而，宏觀上順磁介質(zhì)對(duì)外表現(xiàn)出順磁性介質(zhì)對(duì)外表現(xiàn)出順磁性C. 順磁性介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)順磁性介質(zhì)內(nèi)部磁場(chǎng)00BBBB 介質(zhì)磁化介質(zhì)磁化：由于順磁性介質(zhì)分子在外場(chǎng)中作有序排列或抗磁性：由于順磁性介質(zhì)分子在外場(chǎng)中作有序排列或抗磁性介質(zhì)在外磁場(chǎng)中由拉摩爾進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩，進(jìn)而在均勻磁介質(zhì)在外磁場(chǎng)中由拉摩爾進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生附加磁矩，進(jìn)而在均勻磁場(chǎng)表面出現(xiàn)磁化電流的現(xiàn)象，稱為介質(zhì)磁化。場(chǎng)表面出現(xiàn)磁化電流的現(xiàn)象，稱為介質(zhì)磁化。( (二二) ) 介質(zhì)磁化的描述介質(zhì)磁化的描述1.磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度討論討論：A.磁化強(qiáng)度表征磁介質(zhì)被磁化的程度磁化強(qiáng)

36、度表征磁介質(zhì)被磁化的程度B.磁化強(qiáng)度的微觀表達(dá)式磁化強(qiáng)度的微觀表達(dá)式磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和，稱介質(zhì)的磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和，稱介質(zhì)的磁化強(qiáng)度VpMimi BMm mmpnVpVnM n為介質(zhì)單位體積中分子數(shù)為介質(zhì)單位體積中分子數(shù), pm為單分子平均固有磁矩為單分子平均固有磁矩C.關(guān)于磁化強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)定律關(guān)于磁化強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)定律稱為介質(zhì)的磁化率稱為介質(zhì)的磁化率m 2.磁化電流分布磁化電流分布(1).磁化體電流密度分布磁化體電流密度分布 V n dl s l 取介質(zhì)微元取介質(zhì)微元 V，只有分子電流穿過(guò)其封，只有分子電流穿過(guò)其封閉曲面外的分子，才對(duì)表面的磁化電流閉曲面

37、外的分子，才對(duì)表面的磁化電流有貢獻(xiàn)，而分子電流完全在內(nèi)的那些分有貢獻(xiàn)，而分子電流完全在內(nèi)的那些分子，對(duì)表面的磁化電流沒(méi)有貢獻(xiàn)子，對(duì)表面的磁化電流沒(méi)有貢獻(xiàn)表面的磁化電流為表面的磁化電流為 llmmml dMl dpnl dsnidII)(當(dāng)時(shí)，體積微元包含的電流就是其表面的磁化電流當(dāng)時(shí)，體積微元包含的電流就是其表面的磁化電流0 V sdjI因因磁化體電流密度的磁化體電流密度的積分形式積分形式 lml dMsdj微分形式微分形式Mjm (2).磁化面電流密度分布磁化面電流密度分布 l 在兩種磁介質(zhì)的分界面上在兩種磁介質(zhì)的分界面上(在表面的一個(gè)薄層內(nèi)在表面的一個(gè)薄層內(nèi))長(zhǎng)長(zhǎng)度為度為 l 微元的電流大

38、小為微元的電流大小為 V n dl s l l dl dMMl dMl dMdIdIdImmmm )(212121考慮到方向，激化電流面密度為考慮到方向，激化電流面密度為)(12MMnm 二介質(zhì)中磁場(chǎng)的性質(zhì)二介質(zhì)中磁場(chǎng)的性質(zhì)1.介質(zhì)中磁場(chǎng)的高斯定理介質(zhì)中磁場(chǎng)的高斯定理介質(zhì)中磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，與傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)一樣，都介質(zhì)中磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，與傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)一樣，都是穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。真空中磁場(chǎng)的高斯定理仍然適用是穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。真空中磁場(chǎng)的高斯定理仍然適用積分形式積分形式0 SsdB微分形式微分形式0 B2.介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理將介質(zhì)中磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原

39、磁場(chǎng)一起考慮，介質(zhì)中的磁將介質(zhì)中磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)一起考慮，介質(zhì)中的磁場(chǎng)問(wèn)題就成為真空中兩種磁場(chǎng)的矢量疊加場(chǎng)問(wèn)題就成為真空中兩種磁場(chǎng)的矢量疊加 l 由真空中磁場(chǎng)的環(huán)路定理由真空中磁場(chǎng)的環(huán)路定理Il dB0 可得在介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理應(yīng)為可得在介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理應(yīng)為)(0mIIl dB lml dMI因因 lllIl dHIl dMBl dMIl dB)()(00故故介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理介質(zhì)中磁場(chǎng)的環(huán)路定理積分形式積分形式 lIl dH微分形式微分形式j(luò)H MBH 0其中其中討論討論A.磁介質(zhì)中環(huán)路定理的電流是自由電流磁介質(zhì)中環(huán)路定理的電流是自由電流B. H是回路內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的是回

40、路內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的HC.實(shí)驗(yàn)定律實(shí)驗(yàn)定律MBH 0HHBr 0r 0HMm mr 1三鐵磁介質(zhì)三鐵磁介質(zhì)1.鐵磁介質(zhì)的特征鐵磁介質(zhì)的特征A.鐵磁介質(zhì)具有較大的磁導(dǎo)率鐵磁介質(zhì)具有較大的磁導(dǎo)率B.鐵磁介質(zhì)都有磁滯效應(yīng)鐵磁介質(zhì)都有磁滯效應(yīng)2.鐵磁介質(zhì)的磁滯效應(yīng)鐵磁介質(zhì)的磁滯效應(yīng)(1).相關(guān)概念相關(guān)概念 o H B f Hc a b c d e -Hc Br -Br A.勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流：用來(lái)使鐵磁介質(zhì)磁化的外加電流：用來(lái)使鐵磁介質(zhì)磁化的外加電流B.磁化曲線磁化曲線：鐵磁介質(zhì)的：鐵磁介質(zhì)的H-B曲線曲線C.起始磁化曲線起始磁化曲線：從未磁化的鐵磁介質(zhì)被磁化的磁化曲線：從未磁化的鐵磁介質(zhì)被磁化的磁化曲

41、線D.磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)：鐵磁介質(zhì)從磁飽和狀態(tài)，逐漸減小勵(lì)磁電流，：鐵磁介質(zhì)從磁飽和狀態(tài)，逐漸減小勵(lì)磁電流，當(dāng)當(dāng)I=0(因而因而H=0)時(shí)，時(shí)，B并不減小為零的效應(yīng)并不減小為零的效應(yīng)(剩磁效應(yīng)剩磁效應(yīng)ab段段)E.剩磁剩磁：當(dāng)勵(lì)磁電流：當(dāng)勵(lì)磁電流I=0時(shí)，時(shí)，鐵磁介質(zhì)內(nèi)部的剩磁鐵磁介質(zhì)內(nèi)部的剩磁BrF.嬌頑力嬌頑力：為使鐵磁介質(zhì)中：為使鐵磁介質(zhì)中Br=0，所需反向施加的，所需反向施加的HcG.磁滯回線磁滯回線：正向、反向施加：正向、反向施加 勵(lì)磁電流，使之達(dá)到磁飽和勵(lì)磁電流，使之達(dá)到磁飽和而后逐漸減小勵(lì)磁電流，如此循環(huán)一個(gè)周期后得到的磁化曲線而后逐漸減小勵(lì)磁電流，如此循環(huán)一個(gè)周期后得到的磁化曲線

42、H.軟磁材料軟磁材料：具有較小：具有較小Hc的鐵磁介質(zhì)材料的鐵磁介質(zhì)材料I.硬磁材料硬磁材料：具有較大：具有較大Hc的鐵磁介質(zhì)材料的鐵磁介質(zhì)材料J.居里點(diǎn)居里點(diǎn)：使鐵磁材料成為順次材料的的臨界溫度點(diǎn)：使鐵磁材料成為順次材料的的臨界溫度點(diǎn)TcK.磁躊磁躊：鐵磁介質(zhì)中存在的大：鐵磁介質(zhì)中存在的大量線度為量線度為10-4m的、磁矩規(guī)則的、磁矩規(guī)則排列的小區(qū)域排列的小區(qū)域(2). 鐵磁介質(zhì)磁滯效應(yīng)現(xiàn)象鐵磁介質(zhì)磁滯效應(yīng)現(xiàn)象A.起始磁化曲線起始磁化曲線對(duì)螺繞環(huán)對(duì)螺繞環(huán)oHB, r rHBHrNIH 2HHBr 0當(dāng)當(dāng) I 較小時(shí)較小時(shí)HB r 較小較小當(dāng)當(dāng)I很大時(shí)，很大時(shí)，B不隨不隨H改變而改變，鐵磁改變

43、而改變，鐵磁介質(zhì)達(dá)到磁飽和狀態(tài)介質(zhì)達(dá)到磁飽和狀態(tài)B.磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)(略略)C.鐵磁介質(zhì)的分類(lèi)鐵磁介質(zhì)的分類(lèi)(略略)D.居里點(diǎn)居里點(diǎn)( 略略)(3).鐵磁材料磁滯效應(yīng)的定性解釋鐵磁材料磁滯效應(yīng)的定性解釋A.未被磁化的鐵磁介質(zhì)無(wú)宏觀磁未被磁化的鐵磁介質(zhì)無(wú)宏觀磁場(chǎng)的定性解釋場(chǎng)的定性解釋當(dāng)當(dāng) I 較大時(shí)較大時(shí)r 較大較大HB 未被磁化的鐵磁介質(zhì)雖然存在規(guī)則排列的磁躊，但由于大量未被磁化的鐵磁介質(zhì)雖然存在規(guī)則排列的磁躊，但由于大量磁躊的無(wú)規(guī)則排列，使得鐵磁介質(zhì)宏觀上不顯現(xiàn)磁性磁躊的無(wú)規(guī)則排列，使得鐵磁介質(zhì)宏觀上不顯現(xiàn)磁性B.磁滯效應(yīng)的定性解釋磁滯效應(yīng)的定性解釋外磁場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，所有磁躊外磁場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，所有磁躊“溶解溶解”為一體，達(dá)到磁飽和狀態(tài)為一體，達(dá)到磁飽和狀態(tài)外磁場(chǎng)逐漸減小，外磁場(chǎng)逐漸減小，“溶解溶解”后的磁場(chǎng)并不按原來(lái)的磁躊分解，體后的磁場(chǎng)并不按原來(lái)的磁躊分解，體現(xiàn)出磁滯效應(yīng)現(xiàn)出磁滯效應(yīng)(4).磁損磁損在交變電磁場(chǎng)中，鐵磁介質(zhì)由于反復(fù)磁化而消耗大量電磁能量在交變電磁場(chǎng)中，鐵磁介質(zhì)由于反復(fù)磁化而消耗大量電磁能量生熱的現(xiàn)象，稱為生熱的現(xiàn)象，稱為磁損磁損實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)表明，磁損與磁滯回線的面積成正比磁損與磁滯回線的面積成正比。因而，變壓器鐵芯。因而，變壓器鐵芯一般選擇軟磁材料一般選擇軟磁材料