恒定电流的磁场 .ppt

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1、恒定电流的磁场 1现在学习的是第1页，共23页顺磁质 0BB（铝、氧、锰等）弱磁质0BB铁磁质（铁、钴、镍等）强磁性物质0BB抗磁质（铜、铋、氢等）弱磁质2现在学习的是第2页，共23页0E0EEE电介质放入外电场中0EErEE10相对介电常数磁介质放入外磁场中0BBBB00BB?rBB0相对磁导率r 反映磁介质的性质。或r0BB3现在学习的是第3页，共23页1.分子电流与分子磁矩 构成物质的分子或原子中,每个电子绕原子核作轨道运动,具有轨道磁矩；电子本身还有自旋,具有自旋磁矩。二、顺磁性和抗磁性的微观解释 impo分子电流 分子中所有电子的各种磁矩总和构成固有磁矩：mp 固有磁矩可以看成由一个

2、等效圆形分子电流 i 产生。4现在学习的是第4页，共23页 抗磁质各电子磁矩总和 ,对外不显磁性。0mp 顺磁质各电子磁矩总和 ，由于热运动，分子磁矩取向杂乱，对外不显磁性。0mp2.无外磁场作用时的抗磁质与顺磁质0B时的顺磁质 5现在学习的是第5页，共23页3.有外磁场作用时的顺磁质 分子的固有磁矩受力矩的作用,趋于外磁场方向排列。但由于分子热运动的影响,各分子固有磁矩的取向不可能完全整齐,外磁场越强,排列越整齐。由于这种取向排列使原磁场得到加强,但这种加强很小。有外磁场0B6现在学习的是第6页，共23页 分子的固有磁矩为零,但在外磁场的作用下产生附加磁矩。v0BmpI原子核电子电子轨道磁矩

3、与外磁场方向相同 当原子中的电子在库仑力的作用下以速度 绕原子核作顺时针作圆周运动时,形成电子轨道运动的磁矩 。mpv4.有外磁场作用时的抗磁质7现在学习的是第7页，共23页 向心力减小,则 减小,轨道磁矩变小,等效为在 轨道磁矩 上叠加一个反方向附加磁矩 。vmpmp与 方向相反,削弱外磁场。0Bv0BmpmpIeFmF原子核电子电子轨道磁矩与外磁场方向相同电子受到洛仑兹力作用 BeFmvmF与库仑力 相反,背离eF原子核。8现在学习的是第8页，共23页qv0BmpmpeFmFI电子轨道磁矩与外磁场方向相反 电子受到洛仑兹力 与库仑力 方向相同,在向心力增大的情况下,要维持轨道半径不变,必然

4、引起电子轨道运动速度增大,以致引起磁矩增加,即在轨道磁矩上叠加一个同方向的附加磁矩。mFeFmp与 方向相反,削弱外磁场。0B当电子作逆时针转动时9现在学习的是第9页，共23页三、磁介质中的安培环路定理 磁场强度 1.磁介质的磁化 束缚电流 磁介质磁化后,顺磁质的分子固有磁矩沿着磁场方向排列,产生与原磁场方向相同的附加磁场。抗磁质产生与原磁场方向相反的附加磁场。分子电流呈有规则排列在磁介质内部,宏观上将在磁介质表面形成电流。抗磁质B0B顺磁质0BB10现在学习的是第10页，共23页SISI抗磁质顺磁质SISI0B0B束缚电流束缚电流L 宏观上构成沿介质表面的等效环形电流,称为表面束缚电流或磁化

5、电流。11现在学习的是第11页，共23页2.磁介质中的安培环路定理 磁场强度(1)有介质时的高斯定理 束缚电流在激发磁场方面与传导电流等效,激发的磁场都是涡旋场,存在介质的磁场中高斯定理仍然成立:0dsSB在真空中,为外磁场;在磁介质中,是外磁场与束缚电流产生的附加磁场的合磁场。BB12现在学习的是第12页，共23页i0ddIlBlBLABs0ddINIlBlBLAB 在密绕的长直螺线管中,充满磁介质,线圈中的电流为I。取闭合回路ABCDA,求此闭合回路的磁场环流。ADCBL闭合回路所包围的电流,包含传导电流 I 和束缚电流 IS 两项：(2)有介质时的安培环路定理 13现在学习的是第13页，

6、共23页)(0sINIlB另外NIlB00两式相比 NIINIBBsr0s0dINIlBL代入式子 得NIlBrL0d 令r0称为磁导率。或14现在学习的是第14页，共23页)(内I则)(0d内INIlBrL或)(d内IlBL令HBHB则)(d内IlHLH为磁场强度。将 NI 写成 15现在学习的是第15页，共23页)(d内IlHL 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。磁介质中的安培环路定理 由于H 的环流仅与传导电流 I 有关,而与介质无关，因此在有磁介质的空间，可以用介质中的安培环路定理 来求磁场强度矢量 H,然后用 H 与 B 的关系,求出空间磁感应强度的

7、分布。16现在学习的是第16页，共23页B0I0I例1 长直螺旋管内充满均匀磁介质 ,设励磁电流 ,单位长度上的匝数为n。求:管内的磁感应强度。r0I解:因管外磁场为零,取 安培回路 L LLIlHd0nlIlH 0nIH 000nIHBrrl 为ab的长度。cbadB.l17现在学习的是第17页，共23页rIH2例2 长直单芯电缆的芯是一根半径为 R1 的金属导体,它与外壁 R2 之间充满均匀磁介质,电流从芯流过再沿外壁流回。求:介质中磁场分布。LLIlHdrIHBrr200（R1rR2)沿圆切线方向。2,0RrB解：取安培回路 1210,2RrRIrBrIIrB18现在学习的是第18页，共

8、23页四、铁磁质 铁磁质是另一类磁介质,在电器设备中放置铁磁质,可以增加磁场。铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。原子间电子相互耦合作用很强,促使其自旋磁矩平行排列形成磁畴。在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消,能量最低,不显磁性。无外磁场1.磁畴 19现在学习的是第19页，共23页 外磁场较弱时,自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴逐渐增大,外磁场较强时,磁畴自发磁化方向作为一个整体,不同程度地转向外磁场方向。B有外磁场 当全部磁畴都沿外磁场方向时,铁磁质的磁化就达到饱和状态，该值很大,这就是铁磁质磁性大的原因。磁畴的变化可用金相显微镜观测。20现在学习的是第20页，共23页21现在学习的是第21页，共23页2.磁化曲线 200 400 600 800 1000H/(Am-1)B/10-4TB=f(H)顺磁质的B-H曲线51015022现在学习的是第22页，共23页 当外磁场由+Hm逐渐减小时,B 的变化落后于H的变化的现象,叫做磁滞现象,简称磁滞。由于磁滞,H=0时,磁感强度B0,Br 叫做剩余磁感强度(剩磁),Hc称为矫顽力。3.铁磁质的磁滞回线mBmHPrBcHmHPmBHBOQ磁滞回线 23现在学习的是第23页，共23页