《基本磁现象》PPT课件.ppt

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1、一、基本磁现象一、基本磁现象 SNSNISN同极相斥同极相斥异极相吸异极相吸电流的磁效应电流的磁效应1820年年奥斯特奥斯特天然磁石天然磁石安培实验（安培实验（安培实验（安培实验（1820182018201820年）年）年）年）S SN NF FI I（1 1）磁体附近的载流导线受到力的作用：）磁体附近的载流导线受到力的作用：（2 2 2 2）电流与电流之间存在相互作用：）电流与电流之间存在相互作用：）电流与电流之间存在相互作用：）电流与电流之间存在相互作用：I II I+-I II I+-S+（3 3 3 3）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

2、电荷的作用：电子束电子束N2.2.2.2.磁现象的本质磁现象的本质磁现象的本质磁现象的本质 一一一一切切切切磁磁磁磁现现现现象象象象都都都都起起起起源源源源于于于于运运运运动动动动电电电电荷荷荷荷（电电电电流流流流），磁磁磁磁相相相相互互互互作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。分分分分子子子子环环环环流流流流：电电电电子子子子绕绕绕绕原原原原子子子子核核核核运运运运动动动动和和和和电电电电子子子子自自自自旋旋旋旋所所所所形形形形成成成成的的的的电电电电流流

3、流流。物物物物质质质质的的的的磁磁磁磁性性性性取取取取定定定定于于于于物物物物质质质质中中中中分分分分子子子子电电电电流流流流的的的的磁磁磁磁效效效效应应应应之之之之总总总总和。和。和。和。二、磁场二、磁场1.1.1.1.磁相互作用的场的观点磁相互作用的场的观点磁相互作用的场的观点磁相互作用的场的观点 2.2.2.2.磁场：磁场：磁场：磁场：3.3.3.3.磁场的的基本性质：磁场的的基本性质：磁场的的基本性质：磁场的的基本性质：对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用

4、 运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷运动电荷磁场磁场运动电荷运动电荷三、磁感应强度三、磁感应强度描述磁场性质的物理量描述磁场性质的物理量描述磁场性质的物理量描述磁场性质的物理量+v vF F F F F F F Fmaxmaxmaxmax定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的方向：定义磁感应强度的方向：定义磁感应强度的方向：定义磁感应强度的方向：一、毕奥一、毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律 P P P Pd dB

5、 BI Id dl lr r 电流元电流元电流元电流元:(o o=4=4 1010-7 -7 TmATmA-1-1)P P P Pd dB BI Id dl lr r P P P Pd dB BI Id dl lr r 二、毕奥二、毕奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用1.1.1.1.解题要点解题要点解题要点解题要点2.2.2.2.几种常见电流的磁场几种常见电流的磁场几种常见电流的磁场几种常见电流的磁场(I)(I)(I)(I)（1 1 1 1）直线电流的磁场：）直线电流的磁场：）直线电流的磁场：）直线电流的磁场：2 2o o 1 1P Pa a I Id dB Br rd dx xx x解解解解

6、:无限长载流导线：无限长载流导线：无限长载流导线：无限长载流导线：1 1=0 0,2 2 =x xx xP PR R解：解：解：解：d dB Bx xd dB By yB By y =0=0 r rd dB B （2 2 2 2）环形电流的磁场）环形电流的磁场）环形电流的磁场）环形电流的磁场 x=x=0 0（圆心）：（圆心）：（圆心）：（圆心）：I I（3 3 3 3）载流直螺线管内部的磁场载流直螺线管内部的磁场载流直螺线管内部的磁场载流直螺线管内部的磁场 图5PR x dx无限长螺线管：无限长螺线管：无限长螺线管：无限长螺线管：例例例例8-48-4、半半半半径径径径为为为为 R R 的的的的

7、圆圆圆圆盘盘盘盘均均均均匀匀匀匀带带带带电电电电，电电电电荷荷荷荷密密密密度度度度为为为为 。若若若若该该该该圆圆圆圆盘盘盘盘以以以以角角角角速速速速度度度度 绕绕绕绕圆圆圆圆心心心心 O O 旋旋旋旋转转转转，求求求求轴轴轴轴线线线线上上上上距距距距圆圆圆圆心心心心 x x 处的磁感应强度。处的磁感应强度。处的磁感应强度。处的磁感应强度。Pxx RodrrRdBPxx RodrrRdB解：解：解：解：1、磁感应线、磁感应线定义定义定义定义:2.2.2.2.性质性质性质性质1 1）永远闭合）永远闭合）永远闭合）永远闭合2 2）永不相交）永不相交）永不相交）永不相交三、磁感线三、磁感线 磁通量磁

8、通量在磁场中，也可以引入一些假象的曲线来描绘磁场中各处的分布，这些曲线称为磁感线磁感线。规定：（1）磁感线上任一点的切线方向与该点的磁感线上任一点的切线方向与该点的磁感强度磁感强度 方向一致方向一致；（2）通过磁场中某点处磁通过磁场中某点处磁感线疏密程度等与该点处磁感强度感线疏密程度等与该点处磁感强度 的大小的大小 2、磁通量、磁通量 通通通通过过过过磁磁磁磁场场场场中中中中任任任任一一一一给给给给定定定定曲曲曲曲面面面面的的的的磁磁磁磁力力力力线线线线总总总总数数数数，称为通过该曲面的磁通量称为通过该曲面的磁通量称为通过该曲面的磁通量称为通过该曲面的磁通量 d dS S闭合曲面：闭合曲面：闭

9、合曲面：闭合曲面：补充、磁场的高斯定理补充、磁场的高斯定理穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零 高斯定理表明，磁场是无源场高斯定理表明，磁场是无源场高斯定理表明，磁场是无源场高斯定理表明，磁场是无源场.73 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力一、洛仑兹力一、洛仑兹力一般情况：一般情况：一般情况：一般情况：结论结论大小：大小：大小：大小：方向：方向：方向：方向：（1 1 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+B Bv v二

10、、带电粒子在均匀磁场中的运动二、带电粒子在均匀磁场中的运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动匀速直线运动（2 2 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匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动周期周期周期周期半径半径半径半径 B BR RF F+v v（3 3 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）运动方向沿任意方向B B螺距螺距螺距螺距h h +v v沿螺旋线轨道运动沿螺旋线轨道运动沿螺旋线轨道运动沿螺旋线轨道运动半径半径半径半径三、应用电场和磁场控制带电粒子的实例三、应用电场和磁场控制带

11、电粒子的实例1 1 1 1、质谱仪、质谱仪、质谱仪、质谱仪R R+-P P N N B B速度选择速度选择速度选择速度选择质谱分析：质谱分析：质谱分析：质谱分析：2 2 2 2、磁聚焦、磁聚焦、磁聚焦、磁聚焦与速度方向无关。与速度方向无关。与速度方向无关。与速度方向无关。在地磁两极附近在地磁两极附近在地磁两极附近在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直由于磁感线与地面垂直由于磁感线与地面垂直由于磁感线与地面垂直 外层空间入射外层空间入射外层空间入射外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内的带电粒子可直接射入高空大气层内的带电粒子可直接射入高空大气层内的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气

12、分子的它们和空气分子的它们和空气分子的它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光碰撞产生的辐射就形成了极光碰撞产生的辐射就形成了极光碰撞产生的辐射就形成了极光绚丽多彩的极光绚丽多彩的极光四、霍耳效应四、霍耳效应1 1 1 1、霍耳效应现象、霍耳效应现象、霍耳效应现象、霍耳效应现象h hb bI II I+-B B U U-v vF Fe eF Fmm3 3 3 3、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 1 1 1 1）测量磁场）测量磁场）测量磁场）测量磁场2 2 2 2）判别半导体的类型）判别半导体的类型）判别半导体的类型）判别半导体的类型一、安培定律一、安培定律图图

13、1717v v q qB BI Idldl v v 二、载流导线所受磁场力二、载流导线所受磁场力解：解：例：例：求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流 导线导线ab的作用力。的作用力。已知：已知：I1、I2、d、LLxdba R RO O图图1414I I图图1414R RO O 三、载流线圈所受磁力矩三、载流线圈所受磁力矩矩形线圈矩形线圈矩形线圈矩形线圈 图图15(a)15(a)a ab bd dc cl l1 1l l2 2 O O I I l1abO图15(b)一般平面线圈：一般平面线圈：一般平面线圈：一般平面线圈：I IS S线圈的磁矩：线圈的磁矩

14、：线圈的磁矩：线圈的磁矩：（N N 匝匝匝匝 ）75 75 磁介质磁介质 磁场强度磁场强度一、一、磁介质的分类磁介质的分类磁介质磁介质能与磁场产生相互作用的物质能与磁场产生相互作用的物质磁化磁化磁介质在磁场作用下所发生的变化磁介质在磁场作用下所发生的变化（1）顺磁质）顺磁质（3）铁磁质）铁磁质（2）抗磁质）抗磁质根据根据 的大小和方向可将磁介质分为四大类的大小和方向可将磁介质分为四大类 附加磁场附加磁场磁导率磁导率描述不同磁介质磁化后对愿外磁场的影响描述不同磁介质磁化后对愿外磁场的影响如：锰、铬、铂、氮顺磁质顺磁质顺磁质顺磁质 如：水银、铜、硫、氢、金、银抗磁质抗磁质抗磁质抗磁质如：铁、镍、钴

15、、铁氧体铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质二、磁场强度二、磁场强度在研究磁介质中的磁场规律时，为了方便，通常引进一个辅助物理量。在各向同性的磁介质中，把磁感强度和磁介质中磁导率的比值称为磁感强度和磁介质中磁导率的比值称为磁场强度磁场强度，用符号 表示 磁场强度 是矢量，其方向与 相同。在SI中，的单位是安（培）每米，符号为 初始磁初始磁化曲线化曲线.矫顽力矫顽力饱和磁感应强度饱和磁感应强度磁滞回线磁滞回线剩剩 磁磁三、磁滞回线三、磁滞回线B的变化落后于的变化落后于H，从而具有剩磁，从而具有剩磁，即即磁滞效应磁滞效应。每个。每个H对应不同的对应不同的B与磁化的历史有关。与磁化的历史有关。磁滞回线磁滞回线-

16、不可逆过程不可逆过程在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。与磁滞回线所包围的面积成正比。铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为会随之变化，称为磁致伸缩磁致伸缩（10-5数量级）它可用做数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。换能器，在超声及检测技术中大有作为。铁磁质的分类及其应用铁磁质的分类及其应用软磁材料作变压器的。软磁材料作变压器的。纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。，铁氧体等。r大，易磁化、易

17、退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（长，损耗小（HdB面积小）。面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。磁芯、磁棒。(1)软磁材料软磁材料(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁铁作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料矩磁材料作存储元件作存储元件Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。不大，磁滞回线是矩形。用于用于记忆元件记忆元件，当，当+脉冲产生脉冲产生HHC使磁芯呈使磁芯呈+B态，态，则则脉冲产生脉冲产生H102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，损耗大。磁滞回线的面积大，损耗大。还用于磁电式电表中的永磁铁。还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体