大学物理课件第七章恒定磁场.ppt

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1、第七章第七章 恒定磁场恒定磁场7-1 7-1 恒定电流恒定电流恒定电流恒定电流 电动势电动势电动势电动势 7-2 7-2 磁场磁场磁场磁场 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度7-3 7-3 毕奥毕奥毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律 7-4 7-4 磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理7-5 7-5 安培环路定理安培环路定理安培环路定理安培环路定理 7-6 7-6 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用7-7 7-7 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用7-8

2、 7-8 磁介质磁介质磁介质磁介质学习方法：对比法（电磁）学习方法：对比法（电磁）学习方法：对比法（电磁）学习方法：对比法（电磁）运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场7-1 恒定电流恒定电流 电动势电动势 恒定电流和恒定磁场恒定电流和恒定磁场恒定电流和恒定磁场恒定电流和恒定磁场电流：电流：大量电荷的定向运动。大量电荷的定向运动。导体中存在自由电荷；导体中存在自由电荷；形成电流的两个基本条件：形成电流的两个基本条件：导体中要维持一定的电场。导体中要维持一定的电场。载流子：载流子：导体中承载电荷的粒子。导体中承载电荷的粒子。S电流强度（电流强度（I）：）：单位时间内通过导体任一横截面单位时间内

3、通过导体任一横截面的电量的电量。单位：单位：安培安培导体中通过任一截面的电流强度不随时间变化导体中通过任一截面的电流强度不随时间变化（I I=恒量）。恒量）。恒定电流（直流电）：恒定电流（直流电）：电流强度的方向：电流强度的方向：导体中正电荷的流向导体中正电荷的流向。维持稳定电流的条件是在导体内部建立稳定电场 恒定电场和静电场相同，也遵守静电场恒定电场和静电场相同，也遵守静电场的高斯定理和环路定理。的高斯定理和环路定理。结论：结论：产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化。产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化。电电电电流密度流密度流密度流密度定义定义定义定义：某点的电流密度某点的电流密度 方向

4、：方向：方向：方向：该点正电荷定向运动的方向。该点正电荷定向运动的方向。大大大大小小小小：通通过过垂垂直直于于该该点点正正电电荷荷运运动动方方向向的的单单位位面面积积上的电流强度。上的电流强度。dI 电流密度和电流强度的关系电流密度和电流强度的关系电流密度和电流强度的关系电流密度和电流强度的关系对于有限大的面积对于有限大的面积对于有限大的面积对于有限大的面积 S S:即电流强度等于电流密度的通量。即电流强度等于电流密度的通量。电流和电流密度与微观量的关系电流和电流密度与微观量的关系电流和电流密度与微观量的关系电流和电流密度与微观量的关系 载流子载流子定向定向定向定向移动速度移动速度dS=1j

5、Ivdtqn 载流子载流子的浓度的浓度q 载流子电荷载流子电荷 电电电电源和源和源和源和电动势电动势电动势电动势如何才能形成恒定电流呢？如何才能形成恒定电流呢？靠静电力是不可能的。靠静电力是不可能的。靠静电力是不可能的。靠静电力是不可能的。在导体中有稳恒电流流动不能单在导体中有稳恒电流流动不能单在导体中有稳恒电流流动不能单在导体中有稳恒电流流动不能单靠静电场。靠静电场。靠静电场。靠静电场。提提供供非非静静电电力力的的装装置置就就是是电电源源，如如化化学学电电池池、硅硅（硒）太阳能电池，发电机等。（硒）太阳能电池，发电机等。非静电力非静电力非静电力非静电力欲使欲使欲使欲使正电荷从正电荷从正电荷从

6、正电荷从低低低低电电电电势势势势到到到到高高高高电电电电势势势势。静电力静电力静电力静电力欲使正电荷从欲使正电荷从欲使正电荷从欲使正电荷从高高高高电位到电位到电位到电位到低低低低电位。电位。电位。电位。电源实际上把其他形式的能量转换为电能的装置。电源实际上把其他形式的能量转换为电能的装置。电动势电动势电动势电动势定定定定义义义义：在在电电源源内内部部，单单位位正正电电荷荷从从负负极极到到正正极极的的过过程程中，非静电力所作的功称为电动势中，非静电力所作的功称为电动势 。电源内部电流从负极板到正极板叫电源内部电流从负极板到正极板叫内电路内电路。电源外部电流从正极板到负极板叫电源外部电流从正极板到

7、负极板叫外电路外电路。+规规定定 的的方方向向由由负负极极板板经经内内电电路路指指向向正正极极板板，即即正正电电荷运动的方向。荷运动的方向。（但是电动势是标量）但是电动势是标量）单位：焦耳单位：焦耳/库仑库仑=（伏特）（伏特）常常把常常把非静电力非静电力的作用看成是一种的作用看成是一种非静电场非静电场的作用，的作用，以以 表示非静电场的强度。表示非静电场的强度。它定义为单位正电荷所受到的非静电力，即它定义为单位正电荷所受到的非静电力，即在电源内部，电荷在电源内部，电荷 q 从负极到正极，非静电力作的功从负极到正极，非静电力作的功代入电动势的定义式，代入电动势的定义式，得得电动势的电动势的另一定

8、义式另一定义式内电路内电路非静电力非静电力7-2 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度 磁的基本现象磁的基本现象磁的基本现象磁的基本现象司南勺司南勺司南勺司南勺 （1 1）具有磁性，能吸引铁、）具有磁性，能吸引铁、）具有磁性，能吸引铁、）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。钴、镍等物质。钴、镍等物质。钴、镍等物质。（2 2）具有磁极，分磁北极）具有磁极，分磁北极）具有磁极，分磁北极）具有磁极，分磁北极N N和磁南极和磁南极和磁南极和磁南极S S。（3 3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。）磁极之间存在相互

9、作用，同性相斥，异性相吸。（4 4）磁极不能单独存在。）磁极不能单独存在。）磁极不能单独存在。）磁极不能单独存在。永磁体的性质：永磁体的性质：永磁体的性质：永磁体的性质：1820年年4月月，丹丹麦麦物物理理学学家家奥奥斯斯特特发发现现了了小小磁磁针针在在通通电电导导线线周周围围受受到到磁磁力力作作用用而发生偏转。而发生偏转。磁铁对载流导线、载流导线之磁铁对载流导线、载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。间或载流线圈之间也有相互作用。实验发现：实验发现：结结论论：磁磁力力是是运运动动电电荷荷之之间间相相互互作作用用的的表现。表现。电流：电流：电流：电流：电荷的定向移动。电荷的定向移动。永磁体：

10、永磁体：永磁体：永磁体：磁力也是运动电荷之间相互作用的表现。磁力也是运动电荷之间相互作用的表现。1821182118211821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子电流对外界的磁效应的总和。电流对外界的磁效应的总和。磁场和磁感应

11、强度磁场和磁感应强度稳定磁场稳定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一般可磁场分布不会随时间发生变化，一般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。由恒定电流激发而在电流周围空间产生。反映磁场性质的物理量：反映磁场性质的物理量：磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度的方向：的方向：小磁针在场点处时其小磁针在场点处时其N 极的指向。极的指向。实验：实验：（1）点电荷）点电荷q0以同一速以同一速率率v沿不同方向运动。沿不同方向运动。实验结果：实验结果：4.电荷电荷q0垂直磁场方向运动时，垂直磁场方向运动时，3.电荷电荷q0沿磁场方向运动时，沿磁场方向运动时，（2）在垂直于磁场方向改变运动电荷的速率）在

12、垂直于磁场方向改变运动电荷的速率v，改变，改变点电荷的电量点电荷的电量q0。1.1.在磁场中同一场点，在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量为一恒量；2.2.在在磁场中磁场中不同不同场场点，点，Fmax/q0v 的量值不同。的量值不同。实验结果：实验结果：定义磁感应强度定义磁感应强度的大小：的大小：国际单位：特斯拉（国际单位：特斯拉（T）与与速度有关速度有关的力（磁场力又称为的力（磁场力又称为洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力洛伦兹力）：磁感应线磁感应线1.磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁感应磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁感应强度的方向一致。强度的方向一致。2.垂直通过单位面积的磁感

13、应线条数等于该处磁感垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该处磁感应强度应强度B的大小。的大小。磁感应线（磁感应线（B线）：线）：条形磁铁周围的磁感应线直线电流的磁感应线磁感应线为一组环磁感应线为一组环绕电流的闭合曲线。绕电流的闭合曲线。圆电流的磁感应线I通电螺线管的磁感应线磁感应线的特点：磁感应线的特点：磁感应线的特点：磁感应线的特点：1、磁感应线是连续的，不会相交。、磁感应线是连续的，不会相交。2、磁感应线是围绕电流的一组闭合曲线，没有起、磁感应线是围绕电流的一组闭合曲线，没有起点，没有终点。点，没有终点。7-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 毕奥毕奥毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律萨伐尔定律

14、萨伐尔定律表述：表述：表述：表述：电流元电流元 在空间在空间 点产生的磁场点产生的磁场 为：为：在国际单位制中在国际单位制中称为称为真空磁导率。真空磁导率。真空磁导率。真空磁导率。叠加原理：叠加原理：叠加原理：叠加原理：给出任一电流产生的磁场的分布。给出任一电流产生的磁场的分布。毕毕-萨定律萨定律+叠加原理叠加原理原则上可以求得原则上可以求得任意电流的磁场任意电流的磁场例例1 直线电流的磁场。直线电流的磁场。各各电电流流元元产产生生的的磁磁场场方方向向相相同同，磁场方向磁场方向垂直纸面向里垂直纸面向里垂直纸面向里垂直纸面向里。分析：在直线电流上取电流元分析：在直线电流上取电流元磁感应强度磁感应

15、强度 的方向，与电流成右手螺旋关系，拇指的方向，与电流成右手螺旋关系，拇指表示电流方向，四指给出磁场方向。表示电流方向，四指给出磁场方向。特殊情况：特殊情况：特殊情况：特殊情况：（1）无限长直线：无限长直线：当当 ,时，时，（2）半无限长直线：）半无限长直线：在直线延长线上在直线延长线上在直线延长线上在直线延长线上例例2 载流圆线圈在其轴线上的磁场分布。载流圆线圈在其轴线上的磁场分布。分分析析：磁磁场场方方向向只只有有沿沿轴轴的的分分量量，垂直于轴的分量和为零。垂直于轴的分量和为零。代入以上积分：代入以上积分：圆电流环，在其轴上一点的磁场圆电流环，在其轴上一点的磁场方向与电流满足右手螺旋方向与

16、电流满足右手螺旋特殊的情况：特殊的情况：特殊的情况：特殊的情况：圆电流环中心的场强圆电流环中心的场强 N分之一元弧分之一元弧 运运动电动电荷的磁荷的磁场场Idl+vIS运动电荷的磁感应强度公式：运动电荷的磁感应强度公式：运动电荷的磁感应强度公式：运动电荷的磁感应强度公式：-v+vrr练习：求如下图中练习：求如下图中O点的磁感应强度。点的磁感应强度。ORL.OabIO21acbe毕萨定律毕萨定律毕萨定律毕萨定律例题一：直线电流的磁场例题一：直线电流的磁场例题一：直线电流的磁场例题一：直线电流的磁场无限长直线无限长直线无限长直线无限长直线例题二：载流圆线圈在中心处的磁场例题二：载流圆线圈在中心处的

17、磁场例题二：载流圆线圈在中心处的磁场例题二：载流圆线圈在中心处的磁场N分之一元弧分之一元弧半无限长直线半无限长直线半无限长直线半无限长直线7-4 磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理 通量通量通量通量类类比比电电通通量量，引引入入磁磁磁磁通通通通量量量量：通通过过磁磁场场中中某某一一曲曲面面的的磁磁感应线条数。感应线条数。单位名称：韦单位名称：韦伯伯，符号：，符号：Wb 磁磁磁磁场场场场中的高斯定理中的高斯定理中的高斯定理中的高斯定理 在磁场中通过任意闭合曲在磁场中通过任意闭合曲面的磁感应强度通量等于零。面的磁感应强度通量等于零。取曲面外法线方向为正。取曲面外法线方向为正。磁感线是无头无尾的闭合曲

18、线。磁感线是无头无尾的闭合曲线。磁通连续定理磁通连续定理磁通连续定理磁通连续定理7-5 安培环路定理安培环路定理 安培环路定理安培环路定理安培环路定理安培环路定理数学表达式：数学表达式：L符符号号规规定定：电电流流方方向向与与L的的环环绕绕方方向向服服从从右右手手关关系系的的 I为正，否则为负。为正，否则为负。证明步骤：证明步骤：1 在围绕单根载流导线的垂直平面内的圆回路。在围绕单根载流导线的垂直平面内的圆回路。2 在围绕单根载流导线的垂直平面内的任一回路。在围绕单根载流导线的垂直平面内的任一回路。3 不围绕单根载流导线，在垂直平面内的任一回路。不围绕单根载流导线，在垂直平面内的任一回路。推广

19、：推广：推广：推广：适用于非平面的任一闭合回路适用于非平面的任一闭合回路 适用于非直线电流适用于非直线电流L4 围绕多根载流导线的任一回路围绕多根载流导线的任一回路 L设有设有 穿过回路穿过回路L，不穿过回路不穿过回路L令令 分分别别为为单单根根导导线产生的磁场线产生的磁场.所有电流的总场所有电流的总场任意回路任意回路穿过回路的电流穿过回路的电流(1)分析磁场分布的对称性（方向、大小）。分析磁场分布的对称性（方向、大小）。(2)选择适当的安培环路选择适当的安培环路:环路应该通过场点，环路应该通过场点，环路应该通过场点，环路应该通过场点，环路上待求的场强只有一个值环路上待求的场强只有一个值环路上

20、待求的场强只有一个值环路上待求的场强只有一个值 （可以提出积分号）。（可以提出积分号）。（可以提出积分号）。（可以提出积分号）。环路的各部分或环路的各部分或环路的各部分或环路的各部分或 ,或或或或 ,安培环路定理的应用安培环路定理的应用例例例例1 1 求无限长圆柱面电流的磁场分布（半径为求无限长圆柱面电流的磁场分布（半径为 R）。）。（1）分析场结构：有轴对称性分析场结构：有轴对称性（2）以以轴轴上上一一点点为为圆圆心心，取取垂垂直直于于轴轴的的平平面面内内半半径径为为 r 的的圆圆为为安安培环路。培环路。求无限长载流圆柱导体内外的磁场分布。求无限长载流圆柱导体内外的磁场分布。(r R)RrR

21、r例例例例2 2 求载流螺绕环内的磁场。求载流螺绕环内的磁场。设设螺螺绕绕环环的的半半径径为为 ，共共有有N 匝线圈。匝线圈。其磁场方向与电流满足右手螺旋。其磁场方向与电流满足右手螺旋。螺绕环管外磁场为零。螺绕环管外磁场为零。同理可求得同理可求得当环管横截面半径比半径当环管横截面半径比半径R小很多时小很多时以以平平均均半半径径 作作圆圆为为安安培培回回路路 L，可得：，可得：例例例例3 3 无无限限大大平平板板电电流流的的磁磁场场分分布布。面面电电流流密密度度 j 到到处处均匀。均匀。解：视为无限多平行长直电流的场。解：视为无限多平行长直电流的场。结结结结果果果果：在在无无限限大大均均匀匀平平

22、面面电电流流的的两两侧侧的的磁磁场场都都为为均均匀磁场，并且大小相等，但方向相反。匀磁场，并且大小相等，但方向相反。7-6 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用 带电带电带电带电粒子在磁粒子在磁粒子在磁粒子在磁场场场场中的运中的运中的运中的运动动动动 说明：说明：说明：说明：1、洛仑兹力、洛仑兹力F的方向垂直的方向垂直于于v和和B所确定的平面。所确定的平面。2、洛仑兹力、洛仑兹力F不能改变带电粒子速度不能改变带电粒子速度v的大小，只能的大小，只能改变其运动方向。改变其运动方向。1.1.运动方向与磁场方向平行运动方向与磁场方向平行运动方向与磁场方向平行运动方向与磁场方向平行 =0F=0+Bv

23、结论：结论：结论：结论：带电粒子作匀速直线运动。带电粒子作匀速直线运动。带电粒子作匀速直线运动。带电粒子作匀速直线运动。带电粒子作匀速圆周运动，其周期与速度带电粒子作匀速圆周运动，其周期与速度带电粒子作匀速圆周运动，其周期与速度带电粒子作匀速圆周运动，其周期与速度无关。无关。无关。无关。结论：结论：结论：结论：2.2.运动方向与磁场方向垂直运动方向与磁场方向垂直运动方向与磁场方向垂直运动方向与磁场方向垂直vF +BR运动方程：运动方程：受到力：受到力：半径半径半径半径 周期周期周期周期 与速度无关与速度无关与速度无关与速度无关3.3.运动方向沿任意方向运动方向沿任意方向运动方向沿任意方向运动方

24、向沿任意方向所以，其合运动为螺旋线运动。所以，其合运动为螺旋线运动。：垂直于磁场方向的圆周运动：垂直于磁场方向的圆周运动：沿磁场方向做匀速直线运动。：沿磁场方向做匀速直线运动。其半径：其半径：周期仍为：周期仍为：螺距螺距螺距螺距 电电电电磁磁磁磁场场场场控制控制控制控制带电带电带电带电粒子运粒子运粒子运粒子运动动动动的的的的实实实实例例例例1.1.速度选择器速度选择器速度选择器速度选择器2.2.汤姆孙实验汤姆孙实验汤姆孙实验汤姆孙实验 3.3.霍耳效应霍耳效应霍耳效应霍耳效应 +以载流子是负电荷为例以载流子是负电荷为例,电场力与洛伦兹力平衡时电子的漂移达电场力与洛伦兹力平衡时电子的漂移达到动态

25、平衡，从而形成横向电势差。到动态平衡，从而形成横向电势差。其定向其定向漂移速度为漂移速度为v与电流反向与电流反向，在在AA方向上形成电场方向上形成电场 霍耳效应的应用霍耳效应的应用霍耳效应的应用霍耳效应的应用测量磁感应强度测量磁感应强度测量载流子浓度测量载流子浓度测量载流子类型测量载流子类型 动量为动量为p该电子出射方向和入该电子出射方向和入射方向间的夹角为射方向间的夹角为7-7 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 载载载载流流流流导线导线导线导线在磁在磁在磁在磁场场场场中受的力中受的力中受的力中受的力 设：载流子数密度设：载流子数密度 n电流元截面积电流元截面积 S电流元中的电子数电流

26、元中的电子数 nSdl载流子电量载流子电量 q作用在电流元上的作用力：作用在电流元上的作用力：安培定律安培定律 ：安培力：安培力：磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力安培力的基本计算公式：安培力的基本计算公式：例例1 有有一一段段弯弯曲曲导导线线 ab 通通有有电电流流I，求求此此导导线线在在如如图所示均匀磁场中受的力？图所示均匀磁场中受的力？矢量积满矢量积满足分配率足分配率矢量和矢量和 与与磁磁感感应应强强度度 在在同同一一平平面面内内，所所以以该该力力方方向向垂垂直直于纸面向外。于纸面向外。如果如果a、b两点重合，则两点重合，则 从而从而F=0 均匀磁场中的闭合载流回路整体上不受磁力。均匀

27、磁场中的闭合载流回路整体上不受磁力。均匀磁场中的闭合载流回路整体上不受磁力。均匀磁场中的闭合载流回路整体上不受磁力。a aI I1I2平行电流间的相互作用平行电流间的相互作用平行电流间的相互作用平行电流间的相互作用单位长度受力：单位长度受力：单位长度受力：单位长度受力：dF12dl1B2dF21dl2B1电流强度单位：电流强度单位：电流强度单位：电流强度单位：“安培安培安培安培”的定义的定义的定义的定义设：设：I1=I2=1 A，a=1 m单位长度导线受到的磁力：单位长度导线受到的磁力：a aI I1I2F12F21 两两平平行行长长直直导导线线相相距距1m，通通过过大大小小相相等等的的电电流

28、流，如如果果这这时时它它们们之之间间单单位位长长度度导导线线受受到到的的磁磁场场力力正正好好是是2 10-7 Nm时时，就就把把两两导导线线中中所所通通过过的的电电流流定定义义为为“1安培安培”。载流线圈在磁场中所受的磁力矩载流线圈在磁场中所受的磁力矩载流线圈在磁场中所受的磁力矩载流线圈在磁场中所受的磁力矩刚性矩形平面载流线圈，边长分别为刚性矩形平面载流线圈，边长分别为l1和和l2，电流为，电流为I导导线线bc和和ad所所受受的的安安培培力力F1、F1大大小小相相等等，方方向向相相反反，且且作作用用在在同同一一直直线线上上，所所以以对对整整个个线线圈圈来来说说，它们的合力及合力矩都为零。它们的

29、合力及合力矩都为零。设设线线圈圈平平面面的的法法向向n与与磁磁场场方方向向的的夹夹角角为为，并并且且ab边边与与cd 边边均均与与磁场方向垂直。磁场方向垂直。F2=F2=BIl2导导线线ab和和cd所所受受的的安安培培力力F2、F2大大小小相相等等，方方向向相相反反，但但不不在在同同一一直直线线上上，它它们们的的合合力力为为零零，但但对对线线圈要产生磁力矩圈要产生磁力矩匀强磁场中，线圈不平动，只转动；转动力图使匀强磁场中，线圈不平动，只转动；转动力图使 减小到零，达到稳定平衡。减小到零，达到稳定平衡。载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩定义定义磁矩磁矩磁矩磁矩所以，平面载流

30、线圈在均匀磁场中受的力矩：所以，平面载流线圈在均匀磁场中受的力矩：磁矩的方向与电流的方向成右手螺旋关系。磁矩的方向与电流的方向成右手螺旋关系。若线圈为若线圈为N匝，匝，上述公式适用于上述公式适用于任何形状的平面线圈任何形状的平面线圈。但必须是。但必须是均均匀场匀场。讨论：讨论：（1）=0 时，时，M=0 ，线圈处于稳定平衡状态。线圈处于稳定平衡状态。（2）=90 时，时，M=Mmax=NBIS（3）=180 时，时，M=0 ，线圈处于非稳定平衡状态。线圈处于非稳定平衡状态。7-8 磁介质磁介质研究磁场与磁介质的相互作用：研究磁场与磁介质的相互作用：（1）磁场对磁介质作用）磁场对磁介质作用介质中

31、出现附加电流介质中出现附加电流“磁化磁化”。（2）附加的磁化电流将产生附加磁场并最终影响磁场。）附加的磁化电流将产生附加磁场并最终影响磁场。物质的磁性物质的磁性物质的磁性物质的磁性 在在磁磁场场作作用用下下发发生生变变化化（磁磁化化状状态态）并并能能反反过过来来影响磁场的物质称影响磁场的物质称磁介质磁介质。现现在在将将一一个个长长螺螺线线管管通通电电流流 I，内内部部造造成成一一个个均均匀磁场，再将磁介质充满磁场（保持电流不变）。匀磁场，再将磁介质充满磁场（保持电流不变）。发现磁介质中的磁场：发现磁介质中的磁场：II长直密绕螺线管长直密绕螺线管长直密绕螺线管长直密绕螺线管磁介质上有磁化电流，磁

32、介质上有磁化电流，实实实实验验验验发发发发现现现现：充充各各种种磁磁介介质质，磁磁介介质质内内的的磁磁场场有有的的比比真真空时弱，有的比真空时强。空时弱，有的比真空时强。在介质均匀充满磁场的情况下：在介质均匀充满磁场的情况下：该磁介质的：该磁介质的相对磁导率。相对磁导率。(1)抗磁质抗磁质略略1（铝，锰，氧等）（铝，锰，氧等）(3)铁磁铁磁质质1（铁，钴，镍等）（铁，钴，镍等）式中式中磁介质的磁导率磁介质的磁导率。电子的磁矩电子的磁矩电子的磁矩电子的磁矩磁矩磁矩磁矩磁矩 m=IS I电流强度电流强度 S载流线圈面积载流线圈面积ISmr电子的电子的轨道磁矩轨道磁矩轨道磁矩轨道磁矩为为电子的电子的

33、自旋磁矩自旋磁矩自旋磁矩自旋磁矩为：为：原子核的磁矩原子核的磁矩原子核的磁矩原子核的磁矩小于电子磁矩的千分之一。小于电子磁矩的千分之一。分子磁矩分子磁矩分子磁矩分子磁矩i分分 磁介质种类磁介质种类磁介质种类磁介质种类1.1.顺磁质顺磁质顺磁质顺磁质0，称为，称为分子固有磁矩。分子固有磁矩。分子固有磁矩。分子固有磁矩。三者的矢量和。三者的矢量和。分分子子磁磁矩矩在在外外磁磁场场中中受受到到磁磁力力矩矩，使使它它向向磁磁场场方方向向偏偏转。转。外磁场越强，转向排列越整齐。外磁场越强，转向排列越整齐。2.2.抗磁质抗磁质抗磁质抗磁质分子固有磁矩分子固有磁矩 在磁场中会产生一个与外磁场反方向的在磁场中

34、会产生一个与外磁场反方向的感生磁矩感生磁矩感生磁矩感生磁矩。注意：注意：注意：注意：顺磁质也会产生感应磁矩。顺磁质也会产生感应磁矩。附加磁矩比分子磁矩小五个数量级。附加磁矩比分子磁矩小五个数量级。有磁介质时磁场的计算有磁介质时磁场的计算有磁介质时磁场的计算有磁介质时磁场的计算顺磁质：顺磁质：抗磁质：抗磁质：磁介质的磁导率：磁介质的磁导率：真空磁导率：真空磁导率：相对磁导率：相对磁导率：长直螺线管：长直螺线管：（螺绕环）（螺绕环）真空真空真空真空介质介质介质介质 长直线：长直线：圆电流中心：圆电流中心：有有沿沿任任一一闭闭合合路路径径的的磁磁场场强强度度的的环环流流，等等于于该该闭闭合合路路径径

35、所包围的自由电流的代数和。所包围的自由电流的代数和。磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 的环路定理的环路定理引入物理量：引入物理量：磁场强度的单位：安培磁场强度的单位：安培/米米(A/m)引入物理量引入物理量引入物理量引入物理量铁磁质铁磁质 起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线起始磁化曲线装置：装置：环形螺绕环环形螺绕环目的：目的：得出得出BH 的关系。的关系。实验测量实验测量B原理：原理：安培定理得安培定理得HH与与 I 成正比，有一个成正比，有一个I,就有一个就有一个H。再者，有一个再者，有一个H、B，就有一个就有一个 r。实验数据表格

36、：实验数据表格：对对未未被被磁磁化化的的材材料料，电电流流从零开始：从零开始：I H B 得到得到起始磁化曲线起始磁化曲线。B 有饱和现象有饱和现象铁磁质的铁磁质的 不一定是个常数，不一定是个常数，它是它是 的函数的函数B H是非线性关系。是非线性关系。磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线起始磁化曲线起始磁化曲线磁滞回线磁滞回线-不可逆过程不可逆过程剩磁剩磁饱和磁感应强度饱和磁感应强度矫顽力矫顽力B的变化落后于的变化落后于H，从而具有剩磁，即，从而具有剩磁，即磁滞效应磁滞效应。如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K，镍为镍为 630K每每种种磁磁介介质质当当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时，失失去去铁铁磁磁性性的的而而变变为为顺顺磁磁性性。这这温温度度叫叫临临界界温温度度，或或称称铁铁磁磁质质的的居里点居里点。铁磁质的分类和应用铁磁质的分类和应用1.1.硬磁材料硬磁材料硬磁材料硬磁材料“胖胖”：剩磁大，矫：剩磁大，矫顽力也大顽力也大BH2.2.软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料“瘦瘦”：剩磁小，矫顽：剩磁小，矫顽力也小力也小BH