磁场课程讲解PPT课件

1、第1页/共106页恒定磁场（一种特殊物质）知识结构恒定磁场（一种特殊物质）知识结构磁磁感感应应强强度度磁场描述磁场描述相互作用相互作用能量能量真空真空中的中的电流电流基本规律基本规律高高斯斯定定理理环环流流定定理理恒定磁场的性质恒定磁场的性质磁磁通通量量磁介质磁介质第2页/共106页9.1 磁场力和磁感应强度磁场力和磁感应强度电流电流1. 电流、电流密度电流、电流密度（1）电流的定义：自由电子的定向运动形成电流）电流的定义：自由电子的定向运动形成电流（2）电流的方向：正电荷运动的方向）电流的方向：正电荷运动的方向（3）电流的大小：单位时间内通过导体截面的电量，既）电流的大小：单位时间内通过导体

2、截面的电量，既单单位时间内位时间内电荷对截面积的通量电荷对截面积的通量SdtdqtqIt0lim（4）稳恒电流：电流的大小和方向都不变的电流）稳恒电流：电流的大小和方向都不变的电流第3页/共106页（5）电流密度：描述电流空间分布的物理量）电流密度：描述电流空间分布的物理量dSnndSdIj空间某点电流密度的大小为：通过该点单位垂直截面上的电流空间某点电流密度的大小为：通过该点单位垂直截面上的电流空间某点电流密度的方向为：该点电流的方向空间某点电流密度的方向为：该点电流的方向（6）通过空间某曲面的电流）通过空间某曲面的电流dSnSj通过通过 dS 面的电流面的电流SdjdIndSSd通过通过

3、S 面的电流面的电流SSdjI（7）电流线：描绘电流场（类似电力线）电流线：描绘电流场（类似电力线）第4页/共106页2. 电流连续性方程电流连续性方程 导体中一闭合面导体中一闭合面 S ，t 时刻有电荷时刻有电荷 qS 单位时间内流出的电流等于单位时间内流出的电流等于单位时间内电荷减少量单位时间内电荷减少量SSdjI出dtdqI出VedVqVeSdVdtdSdj电流连续性方程电流连续性方程3. 稳恒电流条件稳恒电流条件0dtdq0SSdj稳恒电流条件：任意时刻流出导体任意闭合曲面的电流等稳恒电流条件：任意时刻流出导体任意闭合曲面的电流等于流入该曲面的电流于流入该曲面的电流第5页/共106页一

4、一. 磁力与磁场磁力与磁场磁体磁体磁体磁体电流电流电流电流安培提出安培提出:一切磁现象起源于电荷运动一切磁现象起源于电荷运动运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁场磁场磁场的性质磁场的性质(1) 对运动电荷对运动电荷(或电流或电流)有力的作用有力的作用;(2) 磁场有能量磁场有能量第6页/共106页二二. 磁感应强度磁感应强度在闭合回路中取电流元在闭合回路中取电流元lIdlId电流元在磁场中的受力特点电流元在磁场中的受力特点:(1) 电流元在磁场中的方向不同电流元在磁场中的方向不同,受力也不同受力也不同;存在一个方向使存在一个方向使0dFlId0dF定义定义lIFBddmaxB(2) 当电流元的取

5、向与磁感应强度的当电流元的取向与磁感应强度的方向垂直时方向垂直时,受到的磁场力最大受到的磁场力最大;磁感应强磁感应强度的大小度的大小定义定义该方向为磁感应强度的方向该方向为磁感应强度的方向BlIdmaxddFF 第7页/共106页满足满足 maxdFlIdBmaxdFBlIF dd（3）磁场力）磁场力的方向与电流元的方向与电流元和磁感应强度和磁感应强度B安培力公式安培力公式lId右手螺旋关系右手螺旋关系第8页/共106页利用运动电荷在磁场中受力情况来测量磁场利用运动电荷在磁场中受力情况来测量磁场(1) 磁感应强度的方向磁感应强度的方向运动电荷在磁场中运动时，存在一个方向使运动电荷在磁场中运动时

6、，存在一个方向使0F定义定义qFBmax(2) 磁感应强度的的大小磁感应强度的的大小磁感应强度的大小磁感应强度的大小定义定义该方向为磁感应强度的方向该方向为磁感应强度的方向当运动电荷电量、速度一定时，运动电荷的运动方向与当运动电荷电量、速度一定时，运动电荷的运动方向与磁感应强度的方向垂直时，受到的磁场力最大磁感应强度的方向垂直时，受到的磁场力最大maxF磁感应强度的单位：磁感应强度的单位：T（1T=10000Gs）Fq第9页/共106页的关系的关系 FBqF（3）磁场力）磁场力与磁感应强度与磁感应强度B洛仑兹力公式洛仑兹力公式B的方向的方向洛仑兹力的大小洛仑兹力的大小sinBqF BFq0洛仑

7、兹力的方向洛仑兹力的方向注意电荷为负时，力的方向取逆方向注意电荷为负时，力的方向取逆方向第10页/共106页第11页/共106页二二. .填空题填空题: :1.如图所示，一等边三角形边长如图所示，一等边三角形边长为为a，三个顶点上分别放置着电，三个顶点上分别放置着电量为量为q,2q,3q的三个正点电荷。的三个正点电荷。设无穷远处为电势零点，则三设无穷远处为电势零点，则三角形中心处角形中心处O的电势的电势aq3q2qOrrqu0O46aa/r336cos2a2330Oqu 第12页/共106页3 把一个均匀带电量为把一个均匀带电量为 +Q 的球形肥皂泡由半径的球形肥皂泡由半径 r1 吹到半径吹到

8、半径 r2 ，则半径为，则半径为 R ( r1 R 0，否则，否则 I 0 0IL4. 多电流情况多电流情况 21I ,I 在环路在环路 L 中中 在环路在环路 L 外外 环路上各点的磁场为所有电流的贡献环路上各点的磁场为所有电流的贡献但外部电流对磁但外部电流对磁环流环流无贡献无贡献磁场的环流与环路中所包围的电流有关，与环路外的电流无关，磁场的环流与环路中所包围的电流有关，与环路外的电流无关，与环路的形状无关。上式与环路的形状无关。上式具有普适性，对任何磁场都成立具有普适性，对任何磁场都成立。L1I2IP3I4I43I ,I第46页/共106页LilBd010kiiI 安培环路定律安培环路定律

9、 恒定电流的磁场中，磁感应强度沿一闭合路径恒定电流的磁场中，磁感应强度沿一闭合路径 L 的线积分的线积分等于路径等于路径 L 包围的电流强度的代数和的包围的电流强度的代数和的 0 倍倍内IlBL0d LiLlBlBdd则磁场环流为则磁场环流为 包围的电流包围的电流第47页/共106页(1) 积分回路方向与电流方向呈右螺旋关系积分回路方向与电流方向呈右螺旋关系满足右螺旋关系时满足右螺旋关系时 0iI反之反之 0iI(2) 磁场是有旋场磁场是有旋场 电流是磁场涡旋的轴心电流是磁场涡旋的轴心 (3) 安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设想的一段

10、载流导线不成立想的一段载流导线不成立LlBdLlaIdcoscos4210图中载流直导线图中载流直导线, 设设 4/21aaI222240220II0例例讨论讨论则则 L L 的环流为的环流为: :aIL12第48页/共106页例例 求无限长圆柱求无限长圆柱面面电流的磁场分布。电流的磁场分布。 RIrPL解解 系统有轴对称性，圆周上各点的系统有轴对称性，圆周上各点的 B 相同相同时时过圆柱面外过圆柱面外P 点点做一圆周做一圆周Rr LlBdcosLlB drB 2I0rIB20LlBdcosLlB drB 2Rr 时在时在圆柱面圆柱面内做一圆周内做一圆周00B切线方向切线方向二二. 安培环路定

11、理的应用安培环路定理的应用 第49页/共106页无限长圆柱体载流直导线的磁场分布无限长圆柱体载流直导线的磁场分布 Rr 区域：区域：rIB20区域：区域：Rr rB 220rj2RIj202 RIrB推广推广RI第50页/共106页例例将半径为将半径为 R 的无限长导体薄壁管的无限长导体薄壁管（厚度忽略）沿轴向割去一宽度为（厚度忽略）沿轴向割去一宽度为h（ hb，这两个圆柱面带有等值异号电荷，这两个圆柱面带有等值异号电荷 Q，两圆柱面间充满，两圆柱面间充满介电常数为介电常数为的电介质。求：的电介质。求：. 在一个半径为在一个半径为 r ( a r b ) 厚度厚度 dr 为的圆柱壳中任一点为的

12、圆柱壳中任一点的能量密度的能量密度 w 是多少？是多少？. 这柱壳中的能量这柱壳中的能量 dW 是多少？是多少？. 电介质中总能量电介质中总能量 W 是多少？是多少？. 从电介质总能量求圆柱形电容器的电容从电介质总能量求圆柱形电容器的电容 C。 abrdrL主要问题介电常数！主要问题介电常数！r0第58页/共106页上堂课讲授的主要内容上堂课讲授的主要内容N 匝线圈的磁矩匝线圈的磁矩nNISpm载流螺线管轴线上的磁场载流螺线管轴线上的磁场 1202coscosnIB无限长载流螺线管无限长载流螺线管nIB0运动电荷的磁场运动电荷的磁场 2004ddrrqNBBv第59页/共106页磁力线磁力线(

13、1) 方向方向(2) 大小大小(3) 无头无尾的闭合曲线无头无尾的闭合曲线(4) 与电流相互套连，服从右手螺旋定则与电流相互套连，服从右手螺旋定则(5) 磁力线不相交磁力线不相交磁通量磁通量SBdmd磁场的高斯定理磁场的高斯定理0dSmSB第60页/共106页安培环路定律安培环路定律 内IlBL0d 第61页/共106页roIN例例 求螺绕环电流的磁场分布及螺绕环内的磁通量求螺绕环电流的磁场分布及螺绕环内的磁通量 解解 h1R2RSrd在螺绕环内部做一个环路，可得在螺绕环内部做一个环路，可得LlBdcosLlB drB2NI0rNIB2/0 若螺绕环的截面很小，若螺绕环的截面很小，rr IrN

14、B20内nI0若在外部再做一个环路，可得若在外部再做一个环路，可得 0iI0外B螺绕环内的磁通量为螺绕环内的磁通量为21dRRmSBrhrNIRRd2210120ln2RRhNI第62页/共106页例例 求无限大平面电流的磁场求无限大平面电流的磁场 解解 面对称面对称 iBBPabcddacdbcablBlBlBlBlBddddddcbalBlBddBab2abi02/0iB推广：推广：有厚度的无限大平面电流有厚度的无限大平面电流 2/0jdBjxB0 在外部在外部 在内部在内部 jdx第63页/共106页第64页/共106页一一. .选择题选择题: :2 如图所示：边长为如图所示：边长为 a

15、 的正方形四个角上的正方形四个角上固定有四个电量均为固定有四个电量均为 q 的点电荷。此正方的点电荷。此正方形以角速度绕形以角速度绕 ac 轴旋转时，在中心轴旋转时，在中心 O 点点产生的磁感应强度大小为产生的磁感应强度大小为 B1；此正方形；此正方形同样以角速度绕过同样以角速度绕过 O 点垂直于正方形平点垂直于正方形平面的轴旋转时，在中心面的轴旋转时，在中心 O 点产生的磁感点产生的磁感应强度大小为应强度大小为B2，则，则 B1与与 B2 间的关系间的关系 acaO2221qqI由由 I1 B1 （注意半径的值）（注意半径的值）2442qqI由由 I2 B2 （注意半径的值）（注意半径的值）

16、第65页/共106页3 有一无限长通电流的扁平铜片，有一无限长通电流的扁平铜片，宽度为宽度为 a，厚度不计。电流，厚度不计。电流 I 在铜在铜片上均匀分布，在铜片外与铜片共片上均匀分布，在铜片外与铜片共面，离铜片右边缘为面，离铜片右边缘为 b 处的处的 p 点点（如图）的磁感应强度的大小为（如图）的磁感应强度的大小为 xbaxdxdx中电流中电流 dBBdxaIdI dx产生的产生的 dB = ? 无限长直电流无限长直电流第66页/共106页4. 在半径为在半径为 R 的长直金属圆柱体内部挖去一个半径为的长直金属圆柱体内部挖去一个半径为 r 的的长直圆柱体长直圆柱体,两圆柱体轴线平行，其间距为

17、两圆柱体轴线平行，其间距为a, 如图如图.今在此导今在此导体上通以电流体上通以电流 I ，电流在截面上均匀分布，则空心部分轴，电流在截面上均匀分布，则空心部分轴线上线上o点的磁感应强度点的磁感应强度 B 的大小为的大小为 IORaO r设空圆柱体内有相同电流密度、设空圆柱体内有相同电流密度、方向相反的一对电流方向相反的一对电流 I 、-I 原模型和原模型和 I 形成闭合无限长圆形成闭合无限长圆柱体产生柱体产生1B-I 产生产生2B21BBB注意：电流密度注意：电流密度?SSIj第67页/共106页三、计算题：三、计算题： 1 有一条载有电流有一条载有电流 I 的导线弯成如的导线弯成如图示图示

18、abcda 形状形状,其中其中 ab、cd 是直是直线段，其余为圆弧。两段圆弧的长线段，其余为圆弧。两段圆弧的长度和半径分别为度和半径分别为 l1 、R1和和 l2 、R2,且两段圆弧共心。求圆心且两段圆弧共心。求圆心O处的磁处的磁感应强度。感应强度。1110122RlRIBl1 产生的（圆弧）产生的（圆弧）（方向？）（方向？）l2 类似（方向？）类似（方向？）ab 产生的（有限直线）产生的（有限直线）)cos(cos42103aIB?21a（方向？）（方向？）cd 类似类似4321BBBBBa第68页/共106页2 用两根彼此平行的半无限长直用两根彼此平行的半无限长直导线导线L1、L2 把半

19、径为把半径为 R 的均匀的均匀导体圆环联到电源上，如图所示。导体圆环联到电源上，如图所示。已知直导线上的电流为已知直导线上的电流为 I。求圆。求圆环 中 心环 中 心 O 点 的 磁 感 应 强 度点 的 磁 感 应 强 度 I1I2L1 产生的（过圆心的直电流）产生的（过圆心的直电流）?1BL2 产生的（直电流）产生的（直电流）?2BI1 、 I2 大小之比？弧长之比？方向如何？大小之比？弧长之比？方向如何？I1 、 I2 产生的产生的?43 BBROabIIL1L2第69页/共106页载流导体产生磁场载流导体产生磁场磁场对电流有作用磁场对电流有作用一一. .磁场对载流导线的作用磁场对载流导

20、线的作用大小：大小：方向：方向：sinddlBIF 由右手螺旋法则确定由右手螺旋法则确定BlIFFdd9.5 9.5 磁场对电流的作用磁场对电流的作用BlIF dd安培力安培力lIdBF1 磁场对电流元的作用力磁场对电流元的作用力 2 磁场对磁场对载流导线载流导线的作用力的作用力第70页/共106页(1) 安培定理是矢量表述式安培定理是矢量表述式zyxFFFFd,d,dd(2) 若磁场为匀强场若磁场为匀强场 BlIFd（3）在匀强磁场中的闭合电流受力）在匀强磁场中的闭合电流受力BlIFd0载流直导线在匀强磁场中载流直导线在匀强磁场中 BLIF力的大小力的大小 sinILBF 当载流直导线在匀强

21、磁场当载流直导线在匀强磁场中，且垂直磁场时中，且垂直磁场时 )2( ILBF讨论讨论第71页/共106页xyOAILB此段载流导线受的磁力。此段载流导线受的磁力。在电流上任取电流元在电流上任取电流元lId)()(ddkBjdyidxIBlIFlIdFdiIBdyjIBdxFdjIBLF例例 在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为 I I求求解解相当于载流直导线相当于载流直导线F在匀强磁场中受的力，方向沿在匀强磁场中受的力，方向沿 y y 向。向。OA000dFIBdyiIBdxjFLz第72页/共106页例例 求两平行无限长直导线之间的相互作用

22、力求两平行无限长直导线之间的相互作用力a2I1I1B12f解解 aIB2101电流电流 2 处于电流处于电流 1 的磁场中的磁场中1212BIf同时，电流同时，电流 1 处于电流处于电流 2 的磁场中，的磁场中，aIIBIf2210212121faII2210电流电流 2 中单位长度上受的安培力中单位长度上受的安培力电流电流 1 中单位长度上受的安培力中单位长度上受的安培力第73页/共106页(1) 定义定义: : 真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若相距若相距 1 1 米米，单位长度受力，单位长度受力(2) 电流之间的磁力符合牛顿第三定律：电流之

23、间的磁力符合牛顿第三定律：N10271221ff则电流为则电流为1 1 安培安培。(3) 两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三定律定律讨论讨论第74页/共106页例例 求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动趋势求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动趋势解解 1Iaba2I1234xo121bBIf aIbI2102323bBIf )2102aIbI方向向左方向向左方向向右方向向右aalBIf21222sindxIxIaad222102ln2210II24ff 整个线圈所受的合力：整个线圈所受的合力：4321ffffF31ff

24、线圈向左做平动线圈向左做平动31ff1324第75页/共106页二二. .磁场对平面载流线圈的作用磁场对平面载流线圈的作用B1l2lDAFBCFDCBAIcos1BIlFFBCDA（方向相反在同一直线上）（方向相反在同一直线上）2BIlFFABCD0iF（线圈无平动）（线圈无平动）（2）力矩分析）力矩分析sin2sin211lFlFMCDABsinsin21SBIBIl l1. 在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈n（方向相反方向相反不在一条直线上）不在一条直线上）CDFABFB+ +nA(B)D(C)（1）受力分析）受力分析BLIF第76页/共106页nl lnSS2

25、1BpMmSInISpm令令2. 磁矩磁矩mp与与 I I 成右手定则成右手定则n对于对于 N N 匝线圈匝线圈SNIpm3. 力矩与磁矩的关系力矩与磁矩的关系N N 匝线圈的力矩匝线圈的力矩sinNSBIM N N 匝线圈的力矩的矢量式匝线圈的力矩的矢量式BSNIM力矩与磁矩的关系力矩与磁矩的关系普适普适讨论讨论(1)2nBNSBIMmax(2)B0minM0n(3)B0minMn稳态稳态亚稳态亚稳态第77页/共106页上堂课讲授的主要内容上堂课讲授的主要内容BlIFFddBlIF dd安培力安培力磁场对磁场对载流导线载流导线的作用力的作用力BpMm力矩与磁矩的关系力矩与磁矩的关系第78页/

26、共106页三三 磁场力的功磁场力的功1 安培力对运动载流导线的功安培力对运动载流导线的功IldxFBIlBF IBdSIlBdxxdFAd力的大小力的大小dt 时段内力作的微功时段内力作的微功有限时段内力作的功有限时段内力作的功mIdAdA若电流不变若电流不变mmIdIA由于磁场是非保守力场，磁力由于磁场是非保守力场，磁力作功不等于磁场能量的减少量作功不等于磁场能量的减少量mIdAd第79页/共106页2 磁力矩对载流线圈的功磁力矩对载流线圈的功dsinddBISMA)cosd(BSImmmmIIIAmm)(d1221负号表示力矩作负号表示力矩作正功时正功时 减小减小非均匀磁场中的平面电流环非

27、均匀磁场中的平面电流环0iF线圈有平动和转动线圈有平动和转动0MCDFABFB+ +nA(B)D(C)mIdAd若电流不变若电流不变第80页/共106页（1）对）对 Y 轴的力矩轴的力矩YB例例求求解解有一半径为有一半径为 R 的半圆形闭合线圈，电流方向如图所示，的半圆形闭合线圈，电流方向如图所示，线圈处于均匀磁场中线圈处于均匀磁场中（2 2）在该力矩作用下，线圈转过）在该力矩作用下，线圈转过 9090 所作的功所作的功XR（1 1）BpMmI磁矩方向为磁矩方向为力矩的大小力矩的大小IBRISBBpMm221力矩的方向为力矩的方向为 Y Y 方向方向（2 2）IBRISBIIAmmm21221

28、0)(第81页/共106页一一. .洛伦兹力公式洛伦兹力公式 实验结果实验结果qBvfsin,vBqf sinBqfv 安培力与洛伦兹力的关系安培力与洛伦兹力的关系ldIqsfBqNF vddBqfm vBlIF dBlnsqdvBNqv安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加9.6 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动v第82页/共106页(1) 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故讨论讨论对电荷不作功对电荷不作功f(2) 在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在meffFBqEqvtp

29、d/d二二. .带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动 BvBfqRmBq22sinvvqBmRvqBmRT22vmqBf2 粒子回转周期与频率粒子回转周期与频率情况情况v第83页/共106页 一般情况一般情况 B/vvhcos/vv sinvv带电粒子作螺旋运动带电粒子作螺旋运动qBmqBmRsinvvqBmThcos2/vv 磁聚焦原理磁聚焦原理 B粒子粒子源源A Avv /vv 很小时很小时qBmThvv2/接收接收器器 A A发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚v第84页/共106页（1 1）电子将何方向偏转

30、？）电子将何方向偏转？例例求求解解（2 2）电子的加速度）电子的加速度（1 1）由）由0,qBqF磁场方向如图所示，磁场方向如图所示，B=5.5B=5.5 1010-5 -5 T T，电子以，电子以 Y Y 方向入射，方向入射，其动能为其动能为 E EK K=1.2=1.2 10104 4 eVeV（3 3）电子向）电子向 Y Y 方向运动方向运动 20cm20cm 处，向处，向 X X 方向转移多少？方向转移多少？ YZXROxyB入射时向入射时向 X X 方向偏转方向偏转（2 2）mEmEKK22122141028. 6msmBemFa（3 3）meBmR72. 6由由222)(RyxRm

31、myRRx98. 222第85页/共106页 霍尔效应霍尔效应18791879年年 霍尔发现在一个通有电流的导体板上，若垂直于板霍尔发现在一个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则板面两侧会出现微弱电势差面施加一磁场，则板面两侧会出现微弱电势差( (霍尔效应霍尔效应)Bqfm v电场力电场力: :洛伦兹力洛伦兹力: :实验结果实验结果dIBKUab受力分析受力分析vldIBabqmfEEqfe(方向向下方向向下)(方向向上方向向上)+第86页/共106页0)(BqEqv当达到动态平衡时：当达到动态平衡时：dnqvlnqdIBUabnqK1BEhvlEUhabBlv(霍耳系数霍耳系数)S

32、nqIv它是研究半导体材料性质的有效方法它是研究半导体材料性质的有效方法（浓度随杂质、浓度随杂质、温度等变化温度等变化）讨论讨论(1) 通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度第87页/共106页(2) 区分半导体材料类型区分半导体材料类型 霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关B+abbauu ab+bauu 0K0KIIvqN 型半导体型半导体P 型半导体型半导体vqB高温导高温导电气体电气体B没有机械转动部分造成的没有机械转动部分造成的能量损耗能量损耗可提高效率可提高效率特点：特点：(3) 磁流体发电磁流体发电第8

33、8页/共106页一一. 磁介质及其分类磁介质及其分类1. 磁介质磁介质 任何实物都是任何实物都是磁介质磁介质磁介质放入外场磁介质放入外场0BrBB0r 相对磁导率相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度反映磁介质对原场的影响程度 0BBB磁介质产生磁介质产生“磁化场磁化场”B可同向，可反向可同向，可反向磁介质中的磁场磁介质中的磁场B0BBr（各向同性介质）（各向同性介质）BBB09.7 物质的磁性物质的磁性第89页/共106页2. 磁介质的分类磁介质的分类顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质1r减弱原场减弱原场0BB 1r增强原场增强原场0BB 如如 锌、铜、水银、铅等锌、铜、水银、铅等如如 锰、铬、铂、氧

34、等锰、铬、铂、氧等弱弱磁磁性性物物质质顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1铁磁质铁磁质)1010(421r通常不是常数通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质强磁性物质0BBr第90页/共106页二二. 磁化机理磁化机理原子中电子的轨道磁矩原子中电子的轨道磁矩1. 安培分子环流的概念和方法安培分子环流的概念和方法电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩分子磁矩分子磁矩所有电子磁所有电子磁矩 的 总 和矩 的 总 和mP抗磁质抗磁质0mP无外场作用时，对外不显磁性无外场作用时，对外不显磁性顺磁质顺磁质0mP无外场作用时，由于热运动，

35、无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性对外也不显磁性第91页/共106页2. 磁介质的磁化磁介质的磁化 抗磁质磁化抗磁质磁化在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生感应磁矩在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生感应磁矩mP磁介质产生附加磁场与外场方向磁介质产生附加磁场与外场方向相反相反分子环流在外场作用下，产分子环流在外场作用下，产生取向转动，生取向转动， 磁矩将转向外磁矩将转向外场方向场方向 宏观上产生附宏观上产生附加 磁 场 与 外 场 方 向加 磁 场 与 外 场 方 向 相 同相 同顺磁质磁化顺磁质磁化1r0BB 0BBBBB0B0BB 1r第92页/共106页三三. 有磁介质的磁

36、高斯定理有磁介质的磁高斯定理0BBB磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线(含磁介质的磁高斯定理含磁介质的磁高斯定理)对于任意闭合曲面对于任意闭合曲面SSSBdSSSBSBdd000dSSB第93页/共106页四四. 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理1. 束缚电流束缚电流0B以无限长螺线管为例以无限长螺线管为例顺顺磁磁质质0I0ISI在磁介质内部的任一小区域：在磁介质内部的任一小区域：相邻的分子环流的方向相反相邻的分子环流的方向相反在磁介质在磁介质表面表面处各点：处各点：分子环流未被抵消分子环流未被抵消形成沿表面流动

37、的面电流形成沿表面流动的面电流SI束缚电流束缚电流结论：结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生介质中磁场由传导和束缚电流共同产生第94页/共106页2. 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理（各向同性介质）（各向同性介质）000dIlBL 无磁介质时无磁介质时 加入磁介质时加入磁介质时0BBrLrLrIlBIlB0000dd定义磁场强度定义磁场强度0dIlHL(磁介质的安培环路定理磁介质的安培环路定理)rBH0（各向同性介质）（各向同性介质）第95页/共106页MBH0磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径所包围的所有

38、传导电流的代数和。所包围的所有传导电流的代数和。对于各向同性介质，在外磁场不太强的情况下对于各向同性介质，在外磁场不太强的情况下HHBr0解题方法：先用安培环路定理求解题方法：先用安培环路定理求磁场强度磁场强度，后再，后再求磁感应强度求磁感应强度非各向同性介质非各向同性介质BH第96页/共106页无限长载流圆柱体，其内外相对磁导率分别为无限长载流圆柱体，其内外相对磁导率分别为21,rr例例求求解解 在圆柱体在圆柱体内内区域中，选环路区域中，选环路 LIrHlHL2d22rIH2/2 磁场强度和磁感应强度磁场强度和磁感应强度RIr2HrIHBrr22022022r1rL根据磁介质的安培环路定理根

39、据磁介质的安培环路定理 在圆柱体在圆柱体外外区域中，选环路区域中，选环路 L1HLrRLSSIIrHlH内2d11根据磁介质的安培环路定理根据磁介质的安培环路定理212 RIrH21011012 RIrHBrr非非无限长载流圆柱体如何？无限长载流圆柱体如何？第97页/共106页第98页/共106页一一. .选择题选择题: :BnISBpMmm判定大圆在圆心出磁感应强度方向和小圆法线方向判定大圆在圆心出磁感应强度方向和小圆法线方向2. 有两个同心圆线圈，大圆半径为有两个同心圆线圈，大圆半径为 R ，通有电流，通有电流 I1；小圆半径为；小圆半径为 r ，通，通有电流有电流 I2 ，方向如图。若，方向如图。若 r R（大（大线圈在小线圈处产生的磁场近似为均线圈在小线圈处产生的磁场近似为均匀磁场匀磁场)，当它们处在同一平面内时，当它们处在同一平面内时小线圈所受磁力矩的大小为小线圈所受磁力