恒定电流的磁场 课件.ppt

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1、恒定电流的磁场 1第1页，此课件共23页哦顺磁质顺磁质（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）弱磁质弱磁质铁磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）强磁性物质强磁性物质抗磁质抗磁质（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质2第2页，此课件共23页哦电介质放入外电场中电介质放入外电场中相对介电常数磁介质放入外磁场中磁介质放入外磁场中相对磁导率 反映磁介质的性质。反映磁介质的性质。或或3第3页，此课件共23页哦1.分子电流与分子磁矩分子电流与分子磁矩 构成物质的分子或原子中构成物质的分子或原子中,每个电子绕原子核每个电子绕原子核作轨道运动作轨道运动,具有具有轨道磁矩轨道磁矩；电子本身还有自旋；电子本身

2、还有自旋,具有具有自旋磁矩自旋磁矩。二、顺磁性和抗磁性的微观解释二、顺磁性和抗磁性的微观解释 io分子电流分子电流 分子中所有电子的各种磁分子中所有电子的各种磁矩总和构成固有磁矩：矩总和构成固有磁矩：固有磁矩可以看成由一个等效固有磁矩可以看成由一个等效圆形分子电流圆形分子电流 i 产生。产生。4第4页，此课件共23页哦 抗磁质各电子磁矩总和抗磁质各电子磁矩总和 ,对外不对外不显磁性。显磁性。顺磁质顺磁质各电子磁矩总和各电子磁矩总和 ，由于热，由于热运动，分子磁矩取向杂乱，对外不显磁性。运动，分子磁矩取向杂乱，对外不显磁性。2.无外磁场作用时的抗磁质与顺磁质无外磁场作用时的抗磁质与顺磁质时的时的

3、顺磁质顺磁质 5第5页，此课件共23页哦3.有外磁场作用时的顺磁质有外磁场作用时的顺磁质 分子的固有磁矩受力矩的作用分子的固有磁矩受力矩的作用,趋于外磁场方趋于外磁场方向排列。但由于分子热运动的影响向排列。但由于分子热运动的影响,各分子固有磁各分子固有磁矩的取向不可能完全整齐矩的取向不可能完全整齐,外磁场越强外磁场越强,排列越排列越整齐。整齐。由于这种取向排列使原磁场得到加强由于这种取向排列使原磁场得到加强,但但这种加强很小。这种加强很小。有外磁场有外磁场6第6页，此课件共23页哦 分子的固有磁矩为零分子的固有磁矩为零,但在外磁场的作用下产生附但在外磁场的作用下产生附加磁矩。加磁矩。I原子核电

4、子电子轨道磁矩与外电子轨道磁矩与外磁场方向相同磁场方向相同 当原子中的电子在库当原子中的电子在库仑力的作用下以速度仑力的作用下以速度 绕绕原子核作顺时针作圆周运原子核作顺时针作圆周运动时动时,形成电子轨道运动形成电子轨道运动的的磁矩磁矩 。4.有外磁场作用时的抗磁质有外磁场作用时的抗磁质7第7页，此课件共23页哦 向心力减小向心力减小,则则 减减小小,轨道轨道磁矩磁矩变小变小,等效等效为在为在 轨道轨道磁矩磁矩 上叠加一上叠加一个反方向附加磁矩个反方向附加磁矩 。与与 方向相反方向相反,削弱外磁场。削弱外磁场。I原子核电子电子轨道磁矩与外磁电子轨道磁矩与外磁场方向相同场方向相同电子受到洛仑兹力

5、作用电子受到洛仑兹力作用 与库仑力与库仑力 相反相反,背离背离原子核。原子核。8第8页，此课件共23页哦I电子轨道磁矩与外电子轨道磁矩与外磁场方向相反磁场方向相反 电子受到洛仑兹力电子受到洛仑兹力 与与库仑力库仑力 方向相同方向相同,在向心在向心力增大的情况下力增大的情况下,要维持轨要维持轨道半径不变道半径不变,必然引起电子必然引起电子轨道运动速度增大轨道运动速度增大,以致引以致引起起磁矩增加磁矩增加,即即在轨道在轨道磁矩磁矩上叠加一个同方向的附加磁上叠加一个同方向的附加磁矩。矩。与与 方向相反方向相反,削弱外磁场。削弱外磁场。当电子作逆时针转动时当电子作逆时针转动时9第9页，此课件共23页哦

6、三、磁介质中的安培环路定理三、磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度 1.磁介质的磁化磁介质的磁化 束缚电流束缚电流 磁介质磁化后磁介质磁化后,顺磁质的分子固有磁矩沿着顺磁质的分子固有磁矩沿着磁场方向排列磁场方向排列,产生与原磁场方向相同的附加磁产生与原磁场方向相同的附加磁场。场。抗磁质产生与原磁场方向相反的附加磁场。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分子电流呈有规则排列在磁介质内部,宏观上将在宏观上将在磁介质表面形成电流。磁介质表面形成电流。抗磁质抗磁质顺顺磁质磁质10第10页，此课件共23页哦抗抗磁磁质质顺顺磁磁质质束缚电流束缚电流束束缚缚电电流流L

7、L 宏观上构成沿介质表面的等效环形电流宏观上构成沿介质表面的等效环形电流,称称为表面束缚电流或磁化电流。为表面束缚电流或磁化电流。11第11页，此课件共23页哦2.磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度(1)有介质时的高斯定理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激发的磁场都是涡旋场,存在介质的磁场中高斯存在介质的磁场中高斯定理仍然成立定理仍然成立:在真空中在真空中,为外磁场为外磁场;在磁介质中在磁介质中,是外磁场与束缚电流产生的附是外磁场与束缚电流产生的附加磁场的合磁场。加磁场的合磁场。12第

8、12页，此课件共23页哦 在密绕的长直螺线管中在密绕的长直螺线管中,充满磁介质充满磁介质,线圈中线圈中的电流为的电流为I。取闭合回路。取闭合回路ABCDA,求此闭合回路的求此闭合回路的磁场环流。磁场环流。ADCBL闭合回路所包围的电流闭合回路所包围的电流,包含传导包含传导电流电流 I 和束缚电流和束缚电流 IS 两项：两项：(2)有介质时的有介质时的安培环路定理安培环路定理 13第13页，此课件共23页哦另外另外两式相比两式相比 代入式子代入式子 得得令令称为称为磁导率磁导率。或或14第14页，此课件共23页哦则则或或令令则则为磁场强度。为磁场强度。将将 NI 写成写成 15第15页，此课件共

9、23页哦 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合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。路径所包围的自由电流的代数和。磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理 由于由于H 的环流仅与传导电流的环流仅与传导电流 I 有关有关,而而与介质无关，与介质无关，因此在有磁介质的空间，可因此在有磁介质的空间，可以用介质中的安培环路定理以用介质中的安培环路定理 来求磁场强度来求磁场强度矢量矢量 H,然后用然后用 H 与与 B 的关系的关系,求出空间求出空间磁感应强度的分布。磁感应强度的分布。16第16页，此课件共23页哦例例1 长直螺旋管内充满均匀磁介质长直螺旋管内充满均匀磁

10、介质 ,设励磁设励磁电流电流 ,单位长度上的匝数为单位长度上的匝数为n。求求:管内的磁感应强度。管内的磁感应强度。解解:因管外磁场为零因管外磁场为零,取取 安培回路安培回路 L l 为为ab的长度。的长度。.l17第17页，此课件共23页哦例例2 长直单芯电缆的芯是一根半径为长直单芯电缆的芯是一根半径为 R1 的金属的金属导体导体,它与外壁它与外壁 R2 之间充满均匀磁介质之间充满均匀磁介质,电流从电流从芯流过再沿外壁流回。芯流过再沿外壁流回。求求:介质中磁场分布。介质中磁场分布。（R1rR2)沿圆切线方向。沿圆切线方向。解：解：取安培回路取安培回路 18第18页，此课件共23页哦四、铁磁质四

11、、铁磁质 铁磁质是另一类磁介质铁磁质是另一类磁介质,在电器设备中放置在电器设备中放置铁磁质铁磁质,可以可以增加磁场。增加磁场。铁磁性主要来源于电子铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。原子间电子相的自旋磁矩。原子间电子相互耦合作用很强互耦合作用很强,促使其自促使其自旋磁矩平行排列形成磁畴。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在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消,能量能量最低最低,不显磁性。不显磁性。无外磁场无外磁场1.磁畴磁畴 19第19页，此课件共23页哦 外磁场较弱时外磁场较弱时,自发磁化方向与外磁场方向自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴逐渐增大相同或相近的磁畴逐渐增大

12、,外磁场较强时外磁场较强时,磁畴磁畴自发磁化方向作为一个整体自发磁化方向作为一个整体,不同程度地转向外磁场不同程度地转向外磁场方向。方向。有外磁场有外磁场 当全部磁畴都沿外磁场当全部磁畴都沿外磁场方向时方向时,铁磁质的磁化就达铁磁质的磁化就达到饱和状态，该值很大到饱和状态，该值很大,这这就是铁磁质磁性就是铁磁质磁性大的原因。大的原因。磁畴的变化可用金相显微镜观测。磁畴的变化可用金相显微镜观测。20第20页，此课件共23页哦21第21页，此课件共23页哦2.磁化曲线磁化曲线 200 400 600 800 1000H/(Am-1)B/10-4TB=f(H)顺磁质的顺磁质的B-H曲线曲线51015022第22页，此课件共23页哦 当外磁场由当外磁场由+Hm逐渐逐渐减小时减小时,B 的变化落后于的变化落后于H的变化的现象的变化的现象,叫做叫做磁滞现磁滞现象象,简称简称磁滞磁滞。由于磁滞由于磁滞,H=0时时,磁磁感强度感强度B0,Br 叫做剩余叫做剩余磁感强度磁感强度(剩磁剩磁),Hc称为称为矫顽力矫顽力。3.铁磁质的磁滞回线铁磁质的磁滞回线O磁滞回线磁滞回线 23第23页，此课件共23页哦