高二物理竞赛磁场对载流线圈的作用课件.ppt

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1、第6节,一 磁场对电流的作用/安 培 力,洛伦兹力,由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力 .,安培定律 磁场对电流元的作用力,体元sdl上的所有载流子,有限长载流导线所受的安培力,安培定律,意义 磁场对电流元作用的力 ，在数值上等于电流元 的大小 、电流元所在处的磁感强度 大小以及电流元和磁感应强度之间的夹角 的正弦之乘积 , 垂直于 和 所组成的平面, 且 与 同向 .,根据对称性分析,解,例 1 如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直 .回路由直导线 AB 和半径为 的圆弧导线 BCA 组成 ，电流为顺时针方向

2、, 求磁场作用于闭合导线的力.,因,故,解 取一段电流元,结论 任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力 , 与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.,例 2 求 如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知 和 .,电流单位“安培”的定义 两无限长平行载流直导线间的相互作用,单位长度平行载流直导线间的相互作用力,国际单位制中电流单位-安培的定义,在真空中两平行长直导线相距 1 m ，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为 时，规定这时的电流为 1 A （安培）.,可得,电流反向时:相斥,单位长度平行载流直导线间的相互作用力大小:,电流同向时:相吸,一 磁场对载

3、流线圈的作用,如图 均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP,线圈有N匝时,稳定平衡,不稳定平衡,1） 方向与 相同,2）方向相反,3）方向垂直,力矩最大,结论: 均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为,磁矩,磁电式电流计(原理)/磁悬浮列车*,实验测定 游丝的反抗力矩与线圈转过的角度成正比.,磁铁,磁场与介质相互作用,11.7 磁场中的磁介质,一.磁介质的微观结构和磁化机理,磁介质 (magnetic medium),磁场对处于磁场中的物质有作用. 一切能够磁化并反过来影响磁场分布的物质称为磁介质.,磁化(magnetization),磁介质在磁场作用下的变化叫磁化.,1.分子圆

4、电流与分子磁矩,组成物质的分子,原子中的电子一方面绕核作圆周运动,同时作自旋运动.这两种运动都可等效于环形电流,产生磁效应.,分子电流,把分子,原子中的电子运动时对外界产生磁效应的总和,用一个等效的圆电流来表示.,分子电流与导体中导电的传导电流是有区别的.分子电流只作绕核运动,它们不是自由电子.,注意:,磁介质磁化强度,磁介质的分类,r-介质的相对磁导率,磁化机理,无外磁场时抗磁质分子磁矩为零,抗磁质内磁场:,抗磁质的磁化,二 磁化强度,单位: (安/米),二. 磁化电流 以螺线管内充满均匀顺磁介质为例:,磁化电流,管内是均匀顺磁介质,磁化面电流,在介质表面形成,是束缚电流.,磁化电流,磁化电

5、流与磁化电流密度,三. 磁化强度与磁化电流的关系,在通电螺线管上取长dl的一段,即:磁介质表面的磁化面电流密度的大小等于该处的磁化强度值.,(1)矢量式:,磁介质表面的外正法向矢量.,(2),即:磁介质中任一曲面S的磁化面电流强度等于磁化强度沿该曲面边线L的积分.,由,有磁介质存在时的 安培环路定理,令,?,真空中,磁介质中,四. 磁介质中的安培环路定理磁场强度,说明:,(1) I0 是导线中传导电流之和,不包括分子电流.,(2) I0 的正负规定与真空中该定理的规定相同.,磁化率,实验表明:对各向,m是无量纲的量. 叫磁化率,它随磁介质的性质而异.,或:, =0 r,同性非铁磁质,= 0 (

6、 1 + m ),静电场与静磁场的比较,静电场,静磁场（稳恒磁场）,物理量,高斯定理,环路定理,性质方程,1. 铁磁质的一般特性,(1)在外磁场的作用下产生 的附加磁场BB0.,(2)磁导率不是恒量,一般有 = (H),高值.,放入线圈中时可以使磁场增强102-104倍。,五铁磁质,（3）磁滞 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。外场撤除后,仍有剩磁存在.,2.铁磁质的磁化机制,铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域.,（1）磁畴,（2）.磁化机制,铁磁质磁化微观机制,铁磁质的磁化微观机制,续14,铁磁质的磁化微观机制（续）,磁滞现象及剩磁,是因磁化时磁畴相互摩擦发热,使过程不可逆.,3. 磁化曲线,对铁磁质， 随外磁场H变化而变化. 即:B = H 中不是常量. B与H非线性.,铁磁质: i max ,剩磁、磁饱和磁滞现象,铁磁质的磁滞现象,铁磁质磁化的磁滞现象动画示意,饱和,剩磁,矫顽力,磁滞回线,磁滞回线,常见的铁磁材料,三类常见的铁磁材料及其磁滞回线形态,铁磁质的居里点,铁磁质的居里点,* 磁屏蔽,把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射.,用磁导率很大的软磁材料做成磁罩,使罩内空腔中免受外界磁场的干扰,称为磁屏蔽.,