第二章磁性概述精选PPT.ppt
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1、第二章磁性概述第1页,本讲稿共43页第2页,本讲稿共43页一、磁矩一、磁矩一、磁矩一、磁矩 mm (Magnetic Moment)(Magnetic Moment)永磁体总是同时出现偶数个磁极 当磁体无限小时,体系定义为当磁体无限小时,体系定义为元磁偶极子元磁偶极子:指强度相等,:指强度相等,极性相反并且其距离无限接近的一对极性相反并且其距离无限接近的一对“磁荷磁荷”磁偶极矩:磁偶极矩:方向:方向:-m指向指向+m单位:单位:Wbm+m-ml第3页,本讲稿共43页 安培提出了磁偶极子与安培提出了磁偶极子与电流回路元电流回路元在磁性上的相当性原在磁性上的相当性原理,并根据它认为宏观物质的磁性起
2、源于理,并根据它认为宏观物质的磁性起源于“分子电流分子电流”假说,假说,磁矩:磁矩:单位:单位:A m2二者的物理意义:表征磁偶极子磁性强弱与方向第4页,本讲稿共43页 单位体积单位体积的磁体内的磁体内,所有磁偶极子的所有磁偶极子的 jm或磁矩或磁矩m的的矢量矢量和和,分别为:,分别为:磁极化强度:磁 化 强 度:二、磁化强度二、磁化强度 M(MagnetizationMagnetization)说明:描述宏观磁体磁性强弱程度的物理量第5页,本讲稿共43页比磁化强度比磁化强度(单位质量磁体内具有的磁矩矢量和)(单位质量磁体内具有的磁矩矢量和)第6页,本讲稿共43页 1、磁场强度H(magnet
3、ic intensity):(静磁学定义)为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小,方向与正磁荷在该处所受磁场力方向一致。三、磁场强度三、磁场强度三、磁场强度三、磁场强度 H H 与磁感应强度与磁感应强度 B B物理意义:均为描述空间任意一点的磁场参量(矢量)第7页,本讲稿共43页计算磁偶极子产生的磁场强度:r-m+ml第8页,本讲稿共43页磁位势:第9页,本讲稿共43页H沿沿r 方向及使方向及使 角增加方角增加方向的分量计算:向的分量计算:第10页,本讲稿共43页:在从m到m的位移矢量延长线上:在l的中垂面上第11页,本讲稿共43页 实际应用中,往往用实际应用中,往往用电流产生磁场电流产生磁场,
4、并规定,并规定H的单位的单位在在SI制中:用制中:用1A的电流通过直导线,在距离导线的电流通过直导线,在距离导线r=1/2米米处,磁场强度即为处,磁场强度即为1A/m。常见的几种电流产生磁场的形式为:(1)、无限长载流直导线:方向是切于与导线垂直的且以导线为轴的圆周第12页,本讲稿共43页第13页,本讲稿共43页(2)、直流环形线圈圆心:r为环形圆圈半径,方向由右手螺旋法则确定。第14页,本讲稿共43页(3)、无限长直流螺线管:n:单位长度的线圈匝数,方向沿螺线管的轴线方向第15页,本讲稿共43页2、磁感应强度B(magnetic flux density):预备知识:SI(MKSA)单位制和
5、Gauss(CGS)单位制 A、SI单位制:主要磁单位制:主要磁学量都用学量都用电流的磁效应电流的磁效应来定来定义,其中义,其中磁感应强度磁感应强度B为主为主导量导量(凡涉及到与其他物理(凡涉及到与其他物理量的相互作用,都必须使用量的相互作用,都必须使用B)磁感应强度磁感应强度B的定义可由的定义可由安培公式得出:安培公式得出:根据安培环路定理可定根据安培环路定理可定义磁场强度义磁场强度H:H为导出为导出量,仅用量,仅用于计算于计算传传导电流所导电流所产生的磁产生的磁场场,不能,不能代表代表磁场磁场强度与外强度与外界发生作界发生作用用第16页,本讲稿共43页 B、Guass单位制(绝单位制(绝对
6、电磁单位制):早年使对电磁单位制):早年使用的单位制,所有的磁学用的单位制,所有的磁学量都是通过量都是通过磁偶极子磁偶极子的概的概念建立起来的念建立起来的其中磁化强度其中磁化强度M被定义为:被定义为:单位:单位:Guass磁场强度磁场强度H被定义为:被定义为:单位:单位:Oe 引入磁感应强度引入磁感应强度B,使之,使之满足如下关系:满足如下关系:在Guass单位制中,M 和H 都有明确的物理意义,是基本物理量,而B只是一个导出量第17页,本讲稿共43页附一:两种观点的比较(即两种单位制的比较)1、两种单位制对磁学量的定义来源于、两种单位制对磁学量的定义来源于两种不同的观点两种不同的观点;2、在
7、、在SI单位制中(依据于分子电流观点),单位制中(依据于分子电流观点),磁场用磁感应磁场用磁感应强度强度B来描述,而磁场强度来描述,而磁场强度H只是一个导出量只是一个导出量,它存在的惟,它存在的惟一含义就是满足一含义就是满足3、在、在Guass单位制中(依据于磁偶极子观点),单位制中(依据于磁偶极子观点),磁场用磁场磁场用磁场强度强度H描述描述,它是电流和磁性体所产生的磁场强度的矢量和,它是电流和磁性体所产生的磁场强度的矢量和,而而磁感应强度磁感应强度B只是一个引入的辅助量只是一个引入的辅助量,仅在于满足方程,仅在于满足方程divB=0。第18页,本讲稿共43页从物理的角度来看到底哪一种观点更
8、加合理、更加接近于物质磁性起源的真实情况呢?从目前来看,视乎分子电从目前来看,视乎分子电流的观点更接近于真实情流的观点更接近于真实情况况a、电子的轨道磁矩来自电子的轨道电流,支持分子电流的观点;b、狄拉克(Dirac)虽然从理论上预言了“磁单极”的存在,但至今没有发现“磁单极”,使磁偶极子的概念失去了存在的基础。第19页,本讲稿共43页附二:SI单位制和Gauss单位制的转换(1)、)、B:1 G=10-4 T H:103A/m的的H有有4 Oe的值,的值,103/4 A/m=79.577A/m=1 Oe(2)、磁矩:)、磁矩:在在Gauss单位制中单位制中 0=1G/Oe,则磁偶极矩与磁矩无
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