最新大学物理磁学2PPT课件.ppt

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1、)sinsin(4120dIBd+BI12oPAB1、无限长载流直导线、无限长载流直导线dIB 20 dIB 40 3、直线电流延长线上的点、直线电流延长线上的点B=02、半无限长载流直导线、半无限长载流直导线ll dl dl dIl d平面上的分量和垂直于的分量分解成平行于电流将各I/l dBl dBl dBLLLIl dBL00 rddl cos drl d cosrIBo 2 rIBo 2 LLdlBl dB cos rBl dd r B dl coscosl dBBdll dBl dB022 drrIrdrIoo0Ll dB结论：结论：说明说明: :回路外电流只影响回路外电流只影响B

2、B而而不会影响它沿闭合回路的积分不会影响它沿闭合回路的积分 rBl dd r B dl 安培环路定理安培环路定理 Il dBoL3I2I1IL1I1I）（210II )(d21110IIIIlBL二、二、安培环路定理的应用安培环路定理的应用 adcbdcLbal dBl dBl dBl dBl dB 零零螺螺线线管管外外磁磁感感应应强强度度为为 dcl dB00 adcbl dBl dBabB选选l（如图所示矩形（如图所示矩形abcd）由安培环路定理由安培环路定理Il dBoLlBl dBl dBbaL lnIIiioLIl dBlnIlBo nIBo abB设：设：n为单位长度匝数为单位长度

3、匝数Il dBoL NIrBo 2rNIBo 2 单单位位长长度度匝匝数数rNn 2 nIBo由安培环路定理由安培环路定理选选l（如图所示圆环）（如图所示圆环） RI（1 1）圆柱外的磁场）圆柱外的磁场(rR)(rR)IrBl dBoL 2rIBo 2 （2 2）圆柱内的磁场）圆柱内的磁场(rR)(rR)：IRrrRII2222 选选l（如图所示圆环）（如图所示圆环）选选l（如图所示圆环）（如图所示圆环）2IrBl dBoL Il dBoL 由安培环路定理由安培环路定理IRrrBl dBoL222 RrRrIBo 22 RIRrB RrrIBo 2RI0B例例5 无限长载流圆柱面的磁场无限长载

4、流圆柱面的磁场rIB20IlBl0d,Rr ,0Rr0dllBRI1Lr2LrBRorRI20解解求：空腔内任意点磁感应强度求：空腔内任意点磁感应强度解：解：已知：半径为已知：半径为a的无限长直均匀载流圆柱体内有一半的无限长直均匀载流圆柱体内有一半经为经为b的长圆柱空腔的长圆柱空腔,给此导体通以电流给此导体通以电流IoabIo叠叠加加原原理理对对于于实实心心圆圆柱柱根根据据磁磁场场挖去部分挖去部分实心实心挖去后导体挖去后导体BBB 22baI 设：设：圆柱内的磁场圆柱内的磁场(rR)(r Bo , r 1 附加磁场附加磁场B 与外场与外场Bo反向。反向。 B Bo , r Bo , r 1等如

5、NPt;Cr;Mn;等如SH;Cu; Zn;Pb;B=0BB=0二、分子电流和分子磁矩二、分子电流和分子磁矩 近代科学实践证明，分子或原子中的电子存在近代科学实践证明，分子或原子中的电子存在和和。这两种运动都能产生磁效应。这两种运动都能产生磁效应。 分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，等效于一个圆电分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，等效于一个圆电流，称为流，称为“分子电流分子电流”。分子电流的磁矩称为。分子电流的磁矩称为“分子磁矩分子磁矩”单个电子绕核：单个电子绕核：A101 . 13iT4 .130B2242113Am109)101 . 5(101 . 1m+-m+-+mm 电子的

6、进动：电子的进动：在外磁场在外磁场 的作用下，分子或原子中和每的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。0Bm0BmeL进动m0Bme进动L进动m0BmeL进动m0Bme进动L进动 附加磁矩：附加磁矩：因进动

7、而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号符号 表示。表示。mL 可以证明：可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场是何值，在外磁场 中，电子角动量中，电子角动量 进动的转向总是和进动的转向总是和 的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与远与 的方向相反。的方向相反。0B0B0B三、弱磁质的磁化规律三、弱磁质的磁化规律两种弱磁质结构特点不同两种弱磁质结构特点不同00顺磁质顺磁质（a）无外磁场时，杂乱无章（）无外磁场时，杂乱无章（热运动

8、热运动）-+m+-m+-m0m+-m-+m-+m（b）加外磁场）加外磁场B0有序有序0m顺磁质顺磁质0 m与与 同方向同方向0BB但由于 ，所以附加磁感应强度mm抗磁质抗磁质 抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和分子或原子的附加磁矩的矢量和 有一定的量值，结果在有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。性的起源。m（a）无外磁场时）无外磁场时（b）加外磁场）加外磁场B000mm00mm1. 1. 磁化强度磁化强度反映

9、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。均匀磁化均匀磁化非均匀磁化非均匀磁化VmmMVmmMV0lim88 有介质时的安培环路有介质时的安培环路定理定理 磁场强度磁场强度 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁化强度，用，称为磁化强度，用 表示。表示。 Mmm磁化强度的单位：磁化强度的单位：mA/ 注意：注意：对顺磁质，对顺磁质， 可以忽略；可以忽略； 对抗磁质对抗磁质 ，对于真空，对于真空， 。 m0m0M外磁场为零，磁化强度为零。外磁场为零，磁化

10、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同向、0BM反向、0BM2. 2. 磁化电流磁化电流0B 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流磁化面电流（或安培表面电流）（或安培表面电流）。lIssSlSImssVmMssSlSlMABCDlsII 设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电

11、流为 （面磁化电流密度），则长为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流的一段介质上的磁化电流强度强度I IS S为为s 取一长方形闭合回路取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为行与柱体轴线，长度为l，而，而BC、AD两边则垂直于柱面。两边则垂直于柱面。BAlMlMddABM MlsMssIllMd 磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。面积内的总磁化电流。MABCDlsIIBIs所产生的附加磁场现了磁化电流出总磁场有所不同，磁场中有介质存在时，3 3. .有

12、磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理BBB0有磁介质时有磁介质时)(d0sIIlBlMIsd)d(d0lMIlB单位单位: :A/m磁介质存在时的安培环路定理磁介质存在时的安培环路定理IlHLd 磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路的代数和，而在形式上与磁介质中的磁的代数和，而在形式上与磁介质中的磁化电流无关。化电流无关。IlMBd)(0或为为磁场强度磁场强度矢量矢量MBH0定义定义MBH0MHB00 实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。点磁化强

13、度和磁场强度成正比。 HMm 式中式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质的只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。m顺磁质0m抗磁质0mMHB00HMmmr1令HBm)1 (0HHBr0相对磁导率磁导率 值得注意：值得注意： 为研究介质中的磁场提供方便而不是反映为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，磁场性质的基本物理量， 才是反映磁场性质的基本物理量。才是反映磁场性质的基本物理量。HB有磁介质

14、时的安培环路定理应用举例有磁介质时的安培环路定理应用举例螺绕环如图螺绕环如图, ,知知I、N、 R1 、 R2. .螺绕环内充满均匀介质螺绕环内充满均匀介质R1R2r求求环内磁场强度和磁感应强度环内磁场强度和磁感应强度解解：根据磁场分布特点根据磁场分布特点,取同心圆形取同心圆形 回回路路L,半径半径 R1 r R2 NIrHNIlHL 2d即即nIrNIH 2得得I.I均匀介质均匀介质 B=H ,所以所以:nIrNIB 2真空情况真空情况, ,r=1,即即= 0 ,此时此时B=B0=nI0 例例半径为半径为R1的无限长圆柱导线通电流的无限长圆柱导线通电流I I , ,外面有半径为的同轴圆外面有

15、半径为的同轴圆柱面半径柱面半径R1 , ,通反向电流通反向电流I I, ,两导体之间充满磁导率为两导体之间充满磁导率为 的磁介质的磁介质, ,求磁场的分布求磁场的分布. .R2R1I I(1) (1) 两导体之间的磁介质内两导体之间的磁介质内 取回路取回路L1 根据磁场分布的对称性取回路根据磁场分布的对称性取回路I IR1R2I IBr0IHrlHL 12d1 )(211RrR 12 rIH 12 rIHB 分布曲线如右图分布曲线如右图r1L1(2)(2)在圆柱体内在圆柱体内取回路取回路L2. .IRrHrlHL212222d2 12Rr IRrH2122 212002 RIrHB (3)(3)在圆柱面外在圆柱面外取回路取回路L3. .02d33 iLIHrlH 0 H0 HB R12R3r L3I Ir2L2 23Rr R1R2Br0