第八章-恒定电流的磁场(二)详解课件

第八章第八章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 大小：大小：方向：方向：的方向或反方向的方向或反方向 8-5 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动一、洛伦兹力一、洛伦兹力(Lorentz force)(Lorentz force)一一般般情情况况下下，如如果果带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中运运动动时时，磁磁场对运动电荷产生力的作用，此磁场力叫场对运动电荷产生力的作用，此磁场力叫洛伦兹力。洛伦兹力。方向与磁场方向与磁场 方向成夹角方向成夹角 时，洛伦兹力为时，洛伦兹力为特例：特例：（1 1）当当带带电电粒粒子子沿沿磁磁场场方方向向运动时运动时:（2 2）当当带带电电粒粒子子的的运运动动方方向向与与磁场方向垂直时磁场方向垂直时:带带电电粒粒子子所所受受洛洛伦伦兹兹力力总总是是和和带带电电粒粒子子运运动动方方向向垂垂直直，故故它它只只能能改改变变带带电电粒粒子子运运动动方方向向，不不改改变变速度大小，即速度大小，即洛伦兹力不作功洛伦兹力不作功洛伦兹力不作功洛伦兹力不作功。1.1.带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动粒子作匀速直线运动。粒子作匀速直线运动。周期周期轨道轨道半径半径由由于于洛洛伦伦兹兹力力与与速速度度方方向向垂垂直直，粒粒子子在在磁磁场场中中做做匀匀速速圆周运动。圆周运动。洛伦兹力为向心力洛伦兹力为向心力角频率角频率（3 3）如果）如果 与与 夹角为夹角为 角角 粒子作螺旋运动，粒子作螺旋运动，半径半径螺距螺距周期周期注意注意:螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关。螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关。2.2.带电粒子在非均匀磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中运动F2F1BvFBv线圈线圈(磁镜磁镜)（磁镜）（磁镜）（磁镜）（磁镜）磁约束装置（磁瓶）磁约束装置（磁瓶）范范艾艾仑仑辐辐射射带带的的形形成成示示意意图图二、带电粒子在电磁场中的运动和应用二、带电粒子在电磁场中的运动和应用 带带有有电电荷荷量量 的的粒粒子子在在静静电电场场 和和磁磁场场 中中以速度以速度 运动时受到的作用力为运动时受到的作用力为洛伦兹洛伦兹洛伦兹洛伦兹关系式关系式关系式关系式1.1.磁聚焦磁聚焦一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本相等，因而螺距基本相等。这样，各带电粒子绕行一相等，因而螺距基本相等。这样，各带电粒子绕行一周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，称称磁聚焦。磁聚焦。广泛应用于电真空器件中对电子的聚焦。广泛应用于电真空器件中对电子的聚焦。显像管中电子束的磁聚焦装置示意图显像管中电子束的磁聚焦装置示意图 回回旋旋加加速速器器是是核核物物理理、高高能能物物理理实实验验中中用用来来获获得高能带电粒子的设备，下图为其结构示意图。得高能带电粒子的设备，下图为其结构示意图。2.2.回旋加速器回旋加速器(cyclotron)(cyclotron)D形盒形盒电磁铁电磁铁电磁铁电磁铁粒粒子子源源真空室 接高频电源 粒子源 D形盒引出粒子束(1)(1)装置装置电磁铁电磁铁产生强大磁场产生强大磁场D D形真空盒形真空盒 放在真空室内，接高频放在真空室内，接高频交变电压，使粒子旋转加速交变电压，使粒子旋转加速,(2)(2)原理原理 粒子源产生的带电粒子源产生的带电粒子经电场加速进入粒子经电场加速进入D1 1磁场使粒子在盒内做圆磁场使粒子在盒内做圆运动。运动。带电粒子源带电粒子源 产生带电粒子产生带电粒子带电粒子在盒内运动半周时只受磁场作用速率不变。带电粒子在盒内运动半周时只受磁场作用速率不变。在盒内运动半周的时间为在盒内运动半周的时间为该时间与运动速度、半径无关，等于加速电场的周期该时间与运动速度、半径无关，等于加速电场的周期最终速度：最终速度：结结构构示示意意图图 倍倍恩恩勃勃立立奇奇质质谱谱仪仪速度选择器速度选择器带电粒子源带电粒子源加速电场加速电场均匀磁场均匀磁场3.3.质谱仪质谱仪(mass spectrometer)电场力电场力磁场力磁场力两力的方向相反两力的方向相反,只有受力只有受力满足电场力等于磁场力的粒满足电场力等于磁场力的粒子才可以从小孔射出子才可以从小孔射出均匀电场和均匀磁场相互垂直，粒子受力均匀电场和均匀磁场相互垂直，粒子受力速度选择器原理速度选择器原理被选择粒子的速度被选择粒子的速度 从从S0 0射出的粒子进入磁射出的粒子进入磁感应强度为感应强度为B的磁场后将作的磁场后将作圆周运动，半径为圆周运动，半径为 依据粒子在照相底片依据粒子在照相底片上的位置可算出这些粒子上的位置可算出这些粒子的相应荷质比，所以这种的相应荷质比，所以这种仪器叫质谱仪。仪器叫质谱仪。4.4.霍耳（霍耳（E.C.Hall)E.C.Hall)效应效应(Hall effect)(Hall effect)在在一一个个通通有有电电流流的的导导体体板板上上，垂垂直直于于板板面面施施加加一一磁磁场场，则则平平行行磁磁场场的的两两面面出出现现一一个个电电势势差差，这这一一现现象象是是18791879年年美美国国物物理理学学家家霍霍耳耳发发现现的的，称称为为霍霍耳耳效效应应。该电势差称为该电势差称为霍耳电势差霍耳电势差 。P型半型半导体导体金属金属 实实验验指指出出，在在磁磁场场不不太太强强时时，霍霍耳耳电电势势差差 U与与电电流强度流强度I I和磁感应强度和磁感应强度B成正比，与板的宽成正比，与板的宽d成反比。成反比。RH称为霍耳系数，仅与材料有关。称为霍耳系数，仅与材料有关。原理原理霍耳效应是由于导体中的载流子在磁场中受到洛伦霍耳效应是由于导体中的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用发生横向漂移的结果。下面以金属导体兹力的作用发生横向漂移的结果。下面以金属导体为例，来说明其原理。为例，来说明其原理。1 12 2其中载流子是电子，运动方向与电流流向相反，如其中载流子是电子，运动方向与电流流向相反，如果在垂直于电流方向加一均匀磁场，这些自由电子果在垂直于电流方向加一均匀磁场，这些自由电子受洛伦兹力的作用，大小为受洛伦兹力的作用，大小为EH洛伦兹力向上，使电子向上漂移，使得金属薄片上侧洛伦兹力向上，使电子向上漂移，使得金属薄片上侧有多余负电荷积累，下侧缺少负电荷，有多余正电荷有多余负电荷积累，下侧缺少负电荷，有多余正电荷积累，结果在导体内形成附加电场，称霍耳电场。此积累，结果在导体内形成附加电场，称霍耳电场。此电场给电子电场力与洛仑兹力反向，大小为电场给电子电场力与洛仑兹力反向，大小为当当F Fe e=F FH H 时不再有漂移，载流子正常移动。时不再有漂移，载流子正常移动。1 12 2EH此时霍尔电场为此时霍尔电场为霍尔电势差为霍尔电势差为当当Fe=FH 时时导体中单位体积内的带电粒子数为导体中单位体积内的带电粒子数为n，则通过导体电流，则通过导体电流代入上式得代入上式得霍耳系数为霍耳系数为又又若载流子带电为若载流子带电为 q则霍耳系数为则霍耳系数为霍耳效应的应用霍耳效应的应用2.2.根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的 浓度浓度n n型半导体载流子为电子型半导体载流子为电子p p型半导体载流子为带正电的空穴型半导体载流子为带正电的空穴1.1.确定半导体的类型确定半导体的类型霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。等各个领域中得到越来越普遍的应用。3.3.磁流体发电磁流体发电电极发电通道导电气体磁流体发电磁流体发电导电气体导电气体发电通道发电通道电极电极磁流体发电原理图磁流体发电原理图理论曲线理论曲线 量子霍耳效应量子霍耳效应B崔琦、施特默：更强磁崔琦、施特默：更强磁场下场下 克里青：半导体在低克里青：半导体在低温强磁场温强磁场 m=1=1，2 2，3 3，1985年年 诺贝诺贝尔物理奖尔物理奖1998年年 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖实验曲线实验曲线薛其坤：薛其坤：2013年实验发现量子反常霍尔效应年实验发现量子反常霍尔效应 第八章第八章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 8-6 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用一、一、安培定律（安培定律（Ampere lawAmpere law）安培力：安培力：载流导线载流导线在磁场中受到的磁场力在磁场中受到的磁场力dF方向判断方向判断 右手螺旋法则右手螺旋法则一段任意形状载流导线受到的安培力一段任意形状载流导线受到的安培力大小大小 是电流元与磁感应强度的夹角。是电流元与磁感应强度的夹角。安培定律安培定律矢量式矢量式载流长直导线在均匀磁场中所受安培力载流长直导线在均匀磁场中所受安培力取电流元取电流元受力大小受力大小方向：垂直纸面向里方向：垂直纸面向里积分积分B所以，安培力的大小为所以，安培力的大小为如果载流导线所处为非均匀磁场，可取电流元，每如果载流导线所处为非均匀磁场，可取电流元，每段受力段受力 可分解为可分解为然后，求出合力即可。然后，求出合力即可。例例题题8-68-6 在在磁磁感感强强度度为为B的的均均匀匀磁磁场场中中，通通过过一一半半径径为为R的的半半圆圆导导线线中中的的电电流流为为I。若若导导线线所所在在平平面面与与B垂垂直直，求求该该导导线线所所受的安培力。受的安培力。I I由由电电流流分分布布的的对对称称性性，电电流流元元各各段段在在x方方向向分分力力的的总总和和为为零零，只只有有y方方向向分分力对合力有贡献力对合力有贡献。解：解：坐标坐标Oxy 如图所示如图所示各段电流元受到的安培力数值上都等于各段电流元受到的安培力数值上都等于方方向向沿沿各各自自半半径径离离开开圆圆心心向向外外，整整个个半半圆圆导导线线受受安安培力为培力为I Ixy 由安培定律由安培定律由几何关系由几何关系上两式代入上两式代入合合力力F的的方方向向：y轴轴正正方向方向。结结果果表表明明：半半圆圆形形载载流流导导线线上上所所受受的的力力与与其其两两个个端端点点相相连连的的直直导线所受到的力相等导线所受到的力相等.I Ixy由由本本题题结结果果可可推推论论：均均匀匀磁磁场场中中，任任意意弯弯曲曲载载流流导导线线上上所所受受的的磁磁场场力力等等效效于于弯弯曲曲导导线线始始、末末两两点点间间直直导线通以等大电流时所受的磁场力。导线通以等大电流时所受的磁场力。磁磁悬悬浮浮列列车车车车厢厢下下部部装装有有电电磁磁铁铁，当当电电磁磁铁铁通通电电 被被 钢钢 轨轨 吸吸 引引 时时 就就 悬悬 浮浮。列列车车上上还还安安装装一一系系列列极极性性不不变变的的电电磁磁铁铁，钢钢轨轨内内侧侧装装有有两两排排推推进进线线圈圈，线线圈圈通通有有交交变变电电流流，总总使使前前方方线线圈圈对对列列车车磁磁体体产产生生吸吸引引力力，后后方方线线圈圈对对列列车车产产生生安培力的应用安培力的应用排排斥斥力力，这这一一推推一一吸吸的的合合力力便便驱驱使使列列车车高高速速前前进进。强强大大的的磁磁力力可可使使列列车车悬悬浮浮110cm，与与轨轨道道脱脱离离接接触触，消消除除了了列列车车运运行行时时与与轨轨道道的的摩摩擦擦阻阻力力，使使列列车车速速度度可可达达400400km/h。电磁驱动力原理图电磁驱动力原理图 中国第一辆载人磁悬浮列车中国第一辆载人磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车二、磁场对载流线圈的作用二、磁场对载流线圈的作用 如如上上图图，矩矩形形线线圈圈处处于于匀匀强强磁磁场场中中，AB、CD边与磁场垂直，线圈平面与磁场方向夹角为边与磁场垂直，线圈平面与磁场方向夹角为 。AD与与BC边受力大小为边受力大小为 受力在同一直线上，相互抵消。受力在同一直线上，相互抵消。AB与与CD边受力大小为边受力大小为 这这两两个个边边受受力力不不在在在在同同一一直直线线上上，形形成成一一力力偶偶，力力臂为臂为 ，它们在线圈上形成的力矩为它们在线圈上形成的力矩为 由由于于是是矩矩形形线线圈圈，对对边边受受力力大小应相等，方向相反。大小应相等，方向相反。方向为：方向为：垂直向外垂直向外用用 代替代替 ，可得到力矩，可得到力矩为线圈面积，令为线圈面积，令 为线圈平面正法向与磁场为线圈平面正法向与磁场方向的夹角，方向的夹角，与与 为互余的关系为互余的关系若线圈为若线圈为N匝，则线圈所受力偶为匝，则线圈所受力偶为 实实际际上上m=NIS为为线线圈圈磁磁矩矩的的大大小小，方方向向为为线线圈圈平平面面的的法线方向。法线方向。用用矢矢量量式式表表示示磁磁场场对对线线圈圈的力矩：的力矩：上上式式不不仅仅对对矩矩形形线线圈圈成成立立，对对于于均均均均匀匀匀匀磁磁磁磁场场场场中中的的任任意意形形状状的的平平平平面面面面线线线线圈圈圈圈也也成成立立，对对于于带带电电粒粒子子在在平平面面内沿闭合回路运动在磁场中受到的力矩都适用。内沿闭合回路运动在磁场中受到的力矩都适用。（1 1）=/2，线线圈圈平平面面与与磁磁场场方方向向相相互互平平行行，力力矩矩最大，这一力矩有使最大，这一力矩有使 减小的趋势。减小的趋势。（2 2）=0，线线圈圈平平面面与与磁磁场场方方向向垂垂直直，力力矩矩为为零零，线圈处于稳定平衡状态。线圈处于稳定平衡状态。综上所述，综上所述，任意形状不变的平面载流线圈作为整任意形状不变的平面载流线圈作为整体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈的磁矩转到磁感应强度的方向。的磁矩转到磁感应强度的方向。（3 3）=，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩为为零零，但但为为不不稳稳定定平平衡衡，与与 反反向向，微微小小扰扰动动，磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。讨论：讨论：三、三、电流单位电流单位“安培安培”的定义的定义平平行行载载流流直直导导线线间间距距为为a，两两者者电电流流方方向向相相同同，间间距距远远小小于于导导线线长长，可可将将两两导导线线视视做做无无限限长长导导线线。在在上任取一电流元上任取一电流元 为载流导线为载流导线AB在在 激发的磁感应强度激发的磁感应强度为电流源和所在处磁感应强度的夹角为电流源和所在处磁感应强度的夹角 计计算算CD受受到到的的力力，CD上上所所任取电流元受力：任取电流元受力：载流导线载流导线CD所受的力方向指向所受的力方向指向AB。载流导线载流导线CD单位长度所受的力单位长度所受的力 表表明明：两两个个同同方方向向的的平平行行载载流流直直导导线线，通通过过磁磁场场的的作作用用相相互互吸吸引引。反反之之，两两个个反反向向的的平平行行载载流流直直导导线线，通通过磁场的作用相互排斥。过磁场的作用相互排斥。同同理理可可以以证证明明载载流流导导线线AB单单位位长长度度所所受受的的力力的的方方向向指向导线指向导线CD，大小为，大小为 iiii载流直导线之间的相互作用载流直导线之间的相互作用 “安培安培”的定义：的定义：真空中相距真空中相距1 1m的二无限长而圆的二无限长而圆截面极小的平行直导线中载有相等的电流时，若在截面极小的平行直导线中载有相等的电流时，若在每米长度导线上的相互作用力正好等于每米长度导线上的相互作用力正好等于 ，则导线中的电流定义为则导线中的电流定义为1 1A。四、四、磁场力的功磁场力的功 载流线圈或导线在磁场中受到磁场力（安培力）载流线圈或导线在磁场中受到磁场力（安培力）或磁力矩作用，因此，当导线或线圈位置改变时，或磁力矩作用，因此，当导线或线圈位置改变时，磁场力就作了功。下面从一些特殊情况出发，建立磁场力就作了功。下面从一些特殊情况出发，建立磁场力作功的一般公式。磁场力作功的一般公式。1.1.载流导线在磁场中运动时磁力所作的功载流导线在磁场中运动时磁力所作的功 在力在力 作用下，作用下，将从初始位置沿着力将从初始位置沿着力 的的方向移动，当移动到位置方向移动，当移动到位置 时磁力时磁力 所作的功所作的功 上式说明上式说明当载流导线在磁场中运动时，如果电流当载流导线在磁场中运动时，如果电流保持不变，磁力所作的功等于电流乘以通过回路所环保持不变，磁力所作的功等于电流乘以通过回路所环绕的面积内磁通量的增量，绕的面积内磁通量的增量，也即也即磁力所作的功等于电磁力所作的功等于电流乘以载流导线在移动中扫过的面积对应的磁通量。流乘以载流导线在移动中扫过的面积对应的磁通量。磁力所作的功为磁力所作的功为 导线在初始位置导线在初始位置 时和在终了位置时和在终了位置 时，时，通过回路的磁通量分别为通过回路的磁通量分别为所以所以则则2.2.载流线圈在磁场内转动时磁场力所作的功载流线圈在磁场内转动时磁场力所作的功设有一线圈在磁场中转动，其中电流保持不变。设有一线圈在磁场中转动，其中电流保持不变。当线圈从当线圈从 转到转到 时，时，磁力矩所作的总功磁力矩所作的总功为：为：恒定磁场恒定磁场不是不是保守力场，磁力的功不等于磁场能保守力场，磁力的功不等于磁场能的减少，而且，的减少，而且，洛伦兹力是不作功的洛伦兹力是不作功的，磁力所作的功，磁力所作的功是消耗电源的能量来完成的。是消耗电源的能量来完成的。例题例题8-78-7 如图所示，长方形线圈如图所示，长方形线圈OPQR 可绕可绕y轴转动，轴转动，边长边长l1=6cm,l2=8cm。线圈中的电流为线圈中的电流为10A，方向沿，方向沿OPQRO，磁场为均匀磁场，磁感应强度为，磁场为均匀磁场，磁感应强度为0.02T，方，方向平行于向平行于Ox。（1）如果使线圈平面和磁感应强度成如果使线圈平面和磁感应强度成=30角，求此时角，求此时线圈每边所受的安培力线圈每边所受的安培力以及线圈所受的磁力矩；以及线圈所受的磁力矩；（2 2）当线圈由这个位置）当线圈由这个位置转到平衡位置时，求磁转到平衡位置时，求磁场力的功。场力的功。解：解：（1 1）设）设为为和和之间的夹角之间的夹角OP所受磁场力沿所受磁场力沿Oz轴负轴负方向，大小为方向，大小为QR所受磁场力沿所受磁场力沿Oz轴正方向，大小为轴正方向，大小为RO所受磁场力沿所受磁场力沿Oy轴负方向，轴负方向，大小为大小为PQ所受磁场力沿所受磁场力沿Oy轴正方向，轴正方向，大小为大小为磁力矩为磁力矩为磁力矩使线圈顺时针转动（面对磁力矩使线圈顺时针转动（面对Oy轴方向看）。轴方向看）。（2 2）线圈在）线圈在时，通过线圈平面的磁通量时，通过线圈平面的磁通量线圈转至平衡位置时线圈转至平衡位置时通过线圈平面的磁通量通过线圈平面的磁通量所以在这运动过程中磁场力作功所以在这运动过程中磁场力作功 第八章第八章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 8-7 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质一、一、磁介质磁介质磁磁 化：化：磁介质在磁场作用下内部状态的变化称为磁化。磁介质在磁场作用下内部状态的变化称为磁化。磁介质：磁介质：在磁场作用下，其内部状态发生变化，并在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场分布的物质。反过来影响磁场分布的物质。总磁感总磁感强度强度附加磁附加磁感强度感强度外加磁外加磁感强度感强度磁化后介质内部的磁化后介质内部的磁场表示为：磁场表示为：抗磁质抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等铜、铋、硫、氢、银等)铁磁质铁磁质(铁、钴、镍等铁、钴、镍等)磁介质的分类磁介质的分类抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点：抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点：它们它们所激发的附加磁场极其微弱所激发的附加磁场极其微弱顺磁质顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等锰、铬、铂、氧、氮等)二、二、分子电流分子电流 分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流分子电流。第八章第八章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 一、磁化强度一、磁化强度 反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度(大小与方向大小与方向)的物理量。的物理量。8-8 8-8 有磁介质时的安培环路定理磁场强度有磁介质时的安培环路定理磁场强度 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称，称为磁化强度，用为磁化强度，用 表示。表示。单位：单位：注：外磁场为零，磁化强度为零。注：外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零外磁场不为零:顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质二、二、有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理无磁介质时无磁介质时安培环路定理安培环路定理有磁介质时有磁介质时磁场强度：磁场强度：因为因为所以所以定义定义磁场强度：磁场强度：注意注意：磁场强度矢量的磁场强度矢量的环流环流仅与传导电流仅与传导电流I I 有关，有关，在形式上与磁介质无关。其单位为在形式上与磁介质无关。其单位为A/m。磁磁介介质质中中的的安安培培环环路路定定理理：磁磁场场强强度度沿沿任任意意闭闭合合路路径径的的线线积积分分等等于于该该路路径径所所包包围围的的所所有有传传导导电电流流的代数和的代数和，而与磁化电流无关。，而与磁化电流无关。有磁介质时的有磁介质时的安培环路定理安培环路定理因为因为 实实验验证证明明：对对于于各各向向同同性性的的介介质质，在在磁磁介介质质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。式式中中 只只与与磁磁介介质质的的性性质质有有关关，称称为为磁磁介介质质的的磁磁化化率率，是是一一个个纯纯数数。如如果果磁磁介介质质是是均均匀匀的的，它它是是一一个个常常量量；如如果果磁磁介介质质是是不不均均匀匀的的，它它是是空空间间位位置的函数。置的函数。定义介质磁化率定义介质磁化率相对磁相对磁导率导率磁导率磁导率 值值得得注注意意：是是为为研研究究介介质质中中的的磁磁场场提提供供方方便便而而不不是是反反映映磁磁场场性性质质的的基基本本物物理理量量，才才是是反反映映磁磁场场性性质的基本物理量。质的基本物理量。第八章第八章 恒定电流的磁场恒定电流的磁场 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：(1)(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。(2)(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态剩磁剩磁(4)(4)具具有有临临界界温温度度Tc c。在在Tc c以以上上，铁铁磁磁性性完完全全消消失而成为顺磁质，失而成为顺磁质，Tc c称为居里温度或居里点。称为居里温度或居里点。例如：纯铁：例如：纯铁：1040K1040K，纯镍：，纯镍：631K631K。(3)(3)相相对对磁磁导导率率和和磁磁化化率率不不是是常常数数，而而是是随随外外磁磁场场的的变变化化而而变变化化；具具有有磁磁滞滞现现象象，之之间间不不具具有简单的线性关系。有简单的线性关系。8-9 8-9 铁磁质铁磁质1.1.试验装置：试验装置：一、磁化曲线和磁滞回线一、磁化曲线和磁滞回线05101520磁通计磁通计AOHACBS（1）为起始磁化曲线（不可逆）为起始磁化曲线（不可逆）（2）（3）（4）（5）形成闭合曲线B BH HedcOafbB BH剩磁剩磁矫顽力矫顽力二、磁畴二、磁畴单晶磁畴结构示意图单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图 在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。磁畴。在没有外磁场作用时在没有外磁场作用时，每个磁畴中磁矩取向一致，每个磁畴中磁矩取向一致，但不同磁畴中磁矩取向各不相同，整个磁体但不同磁畴中磁矩取向各不相同，整个磁体平均磁矩平均磁矩为零，宏观上不显磁性为零，宏观上不显磁性。分析：分析：用磁畴理论解释：剩磁机制用磁畴理论解释：剩磁机制 磁致损耗磁致损耗 居里点等居里点等BHO 矫矫顽顽力力很很小小(Hc102Am-1)，磁磁滞滞回回线线窄窄，所所围围的的面面积积小小，磁磁滞滞损损耗耗小小，易易磁化，也易退磁。磁化，也易退磁。适用于交变磁场中，常用作变压器、继适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发电机的铁芯。电器、电动机、电磁铁和发电机的铁芯。软磁材料软磁材料三、三、磁性材料的分类磁性材料的分类 根据材料磁滞回线的不同，可将材料分为根据材料磁滞回线的不同，可将材料分为软磁材软磁材料料和和硬磁材料。硬磁材料。矫矫顽顽力力大大，剩剩磁磁大大、磁磁滞滞回回线线宽宽，所围的面积大，磁滞损耗大。所围的面积大，磁滞损耗大。硬磁材料硬磁材料B BH HO矩磁材料矩磁材料 磁磁滞滞回回线线接接近近于于矩矩形形，特特点点是是剩剩磁磁Br接近饱和值接近饱和值BS S。当当矩矩磁磁材材料料在在不不同同方方向向的的外外磁磁场场磁磁化化后后，总总是是处处于于 和和 两两种种剩剩磁磁状状态态，可可作作电电子子计计算算机机的的“记记忆忆”元件。元件。硬硬磁磁材材料料如如碳碳钢钢、钨钨钢钢、铝铝镍镍钴钴合合金金等等材材料料。磁磁化化后后能能保保持持很很强强的的磁磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。性，适用于制成各种类型的永久磁铁。