磁场对载流导线的作用磁介质学习教案

1、会计学1磁场对载流导线磁场对载流导线(doxin)的作用磁介质的作用磁介质第一页，共30页。2RIByFdf0sinIRBd 方向(fngxing)沿y 轴正向()dlRd sinIdlBI BRIdldfxdfydfbaoxy载流线圈在均匀磁场中0F合由此推知(tu zh)：第1页/共29页第二页，共30页。La解：I2 各点处的 B 相同(xin tn)，FI2 受到的安培力方向(fngxing)如图所示，sin12LBIF,2101aIB2sin12LBIF 2sin2102aILIaLII2210同理 I1 也受到 I2 的引力。大小：I2I11B第2页/共29页第三页，共30页。x1

2、Bsin12dxBIdF,2101xIB2dFF21sin2a LaI Bdx0 122a LaI dxIxaLaIIln2210La 1I 2IdxoxdF第3页/共29页第四页，共30页。无限(wxin)长两平行载流直导线间的相互作用力。1I2Ia1B1211dfB I dl2122dfB I dl0222IBa 0112IBa 导线(doxin)1、2单位长度所受磁力：012112I Idfdla 012222I Idfdla 1Idl1df2df2B2Idl第4页/共29页第五页，共30页。4. 电流单位“安培(npi)”的定义真空(zhnkng)中的两条无限长平行直导线，各通有相等的

3、稳恒电流，当导线相距 1 米，每一导线每米长度上受力为210-7牛顿时，各导线中的电流强度为1 安培。012222I Idfdla 第5页/共29页第六页，共30页。求一载流导线框在无限长直导线磁场(cchng)中的受力和运动趋势。解：1234方向向左方向向右1321I2Iaab121fI bB0122II ba 323fI bB0124II ba 2221sin2aafI dlB 201422aaIfI dxx 01224ln22I Iff 4oxf2、f4方向(fngxing)相反。B第6页/共29页第七页，共30页。 整个(zhngg)线圈所受的合力： 线圈(xinqun)向左做平动ff

4、ff1234Fff13ff1312341I2Iaabox01211()24IFI ba 0124II ba B01122IfI ba 01324IfI ba 第7页/共29页第八页，共30页。 如果(rgu)为N匝平面线圈： Pm=NIS大小: Pm=IS方向: 线圈正法线方向(与电流(dinli)成右手螺旋关系)；mPISnS 是线圈(电流)所包围的面积. 是线圈的正法线方向In mP1 载流线圈的磁矩二 磁场对载流线圈的作用 n第8页/共29页第九页，共30页。电磁系列电表指针的转动，是由于在永久磁铁(yn ji c ti)的两极之间的空气隙内放置的可绕固定轴转动的线圈，通电后在磁场中受到

5、力矩作用的结果。ooIB n2 载流线圈在磁场(cchng)中受到的力矩sinmMP B大小(dxio)： mMPBsinNISB 这个结论具有普遍意义，也适用于带电粒子沿任意闭合回路的运动或自旋磁矩在磁场中受的力矩 。 放在均匀磁场中的线圈受到的力矩为MmP第9页/共29页第十页，共30页。BRdr圆环带电(di din)量：rdrdq2转动形成电流磁矩：方向沿轴线向上所受磁力矩：方向为2dqTdqdIdIrdPm2drr3rdr2sinBdPdMmBdPmdrBr3RdrBrdMM0344RB第10页/共29页第十一页，共30页。三 磁力(cl)的功1. 载流导线(doxin) 在磁场中运

6、动时，磁力所做的功 AF xBIl xmI 当载流导线在磁场中运动时，若电流保持不变，磁力所做的功等于电流强度与通过回路(hul)环绕面积内磁通量增量的乘积。F. . . . .IIlx B第11页/共29页第十二页，共30页。2. 载流线圈 在磁场中转动(zhun dng)时，磁力矩所做的功sinmMP B sinISB dAMd sinBISd (co)sIBSd 12mmmAdAI d mI d mI12mmmAI d mMPB B mpd mpM第12页/共29页第十三页，共30页。 一半径为R 的半圆形闭合线圈有N 匝，通有电流 I ，均匀外磁场 的方向与线圈平面成 300 角。求：

7、线圈的磁矩；此时线圈所受力矩。 线圈从该位置转至平衡位置，磁力矩作功是多少？BBB300角n 线圈(xinqun)的磁矩：mPNISn 的方向与 成60o夹角BmP22NIR n 此时力矩(l j)大小sin60mMP B234NIBR 方向由 确定 mPBn线圈将逆时针旋转。使n与B趋向一致 第13页/共29页第十四页，共30页。 线圈旋转(xunzhun)时，磁力矩作功为：mANI2(1cos60 )2NIBR 24NIBR 可见此时(c sh)磁力矩作正功。21()mmNI 12mP BdAMd 21 AMd 21sin mP Bd 21coscosmP B 或者第14页/共29页第十五

8、页，共30页。对比(dub) mmmMPBWPB eeeMpEWpE由前例的讨论我们看到，磁偶极子在均匀磁场中具有某种“势能”，使其有自发回到平衡位置的趋势(qsh)。一般设磁矩方向与磁场方向垂直的位置(2=90)为“势能”零点，则根据静电场稳恒磁场21coscosmAP B 1cos mmP BPB nB(0) mW mmWPB即第15页/共29页第十六页，共30页。0rBB 如果载流导线周围(zhuwi)空间不是真空，而是充满某种各向同性的磁介质，则磁感应强度为原场的r 倍，即一 磁介质及其分类(fn li)1. 磁介质 能够与磁场(cchng)产生相互作用的物质 其中B0为原真空中的磁感

9、应强度，r称为磁介质的相对磁导率，反映磁介质对原场B0的影响程度 。实验发现：任何实物都是磁介质 第16页/共29页第十七页，共30页。2. 磁介质的分类(fn li)顺磁质抗磁质减弱(jinru)原场增强(zngqing)原场如 锌、铜、水银、铅等如 锰、铬、铂、氧等顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。1r 0BB0BB1r 因此，它们都属于弱磁性物质。铁磁质通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质24(10 10 )1r 0rBB 第17页/共29页第十八页，共30页。按玻尔理论，原子(yunz)中的电子绕原子(yunz)核旋转，因而具有轨道磁矩Il 2lI r二 磁化(ch

10、u)机理1. 安培分子环流(hun li)解释,方向如图。 实验证明，原子中电子除了作绕核的轨道运动外，还有自旋,相应有自旋磁矩 s .自旋磁矩都只能由量子理论说明，经典理论对其无法解释。轨道磁矩自旋磁矩原子磁矩 mip第18页/共29页第十九页，共30页。分子磁矩 所有(suyu)原子磁矩的总和抗磁质无外场(wichng)作用时，对外不显磁性顺磁质无外场(wichng)作用时，由于热运动，对外也不显磁性immipp0mp0mp1122,lsls原子磁矩imp矢量和分子磁矩第19页/共29页第二十页，共30页。2. 抗磁质及其磁化(chu)抗磁质分子(fnz)的固有磁矩为零0mp电子在磁场中运

11、动(yndng)的附加磁矩总是削弱外磁场的作用抗磁性是一切磁介质共同具有的特性。在顺磁质物质中，同样具有抗磁质效应，只不过这种抗磁质效应低于顺磁质效应。0BB总是与外磁场反向mp 在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩mp 第20页/共29页第二十一页，共30页。3. 顺磁质及其磁化(chu)顺磁质物质分子(fnz)的固有磁矩不为零0mp在无外磁场作用时，由于分子的热运动(yndng)，分子磁矩取向各不相同，整个介质对外不显磁性。有外磁场时，分子磁矩受到磁力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。mp0B0mMpBM第21页/共29页第二十二页，共30页。分子磁矩转向过程中, 由其产生的磁场, 在

12、方向上逐渐和外磁场方向趋同，这就是顺磁质的磁化过程。磁化结果，在顺磁质中形成附加的磁化场，使介质(jizh)内部磁场增强。0BB0BBB第22页/共29页第二十三页，共30页。I三 磁介质中的安培(npi)环路定理 按照安培的分子环流假说理解，介质的磁化过程(guchng)类似在其表面感应出“磁化电流”。B 如果在通电(tng din)长螺线管中插入磁介质第23页/共29页第二十四页，共30页。 磁感应强度对闭合回路 L 的线积分(jfn)，等于穿过以 L 为边界的任意曲面上的电流（包括自由电流 I0 和磁化电流 Is ）的代数和。00()sLB dlII 这时取安培(npi)环路abcda如图IBadcbh第24页/共29页第二十五页，共30页。为了避开处理磁化电流的麻烦，类比电介质中我们避开对束缚电荷的处理的相同(xin tn)办法，引入辅助矢量0rBH 磁场强度(cchng qingd)0rDE 电位移磁介质中的安培(npi)环路定理:0LH dlI第25页/共29页第二十六页，共30页。精品(jn pn)课件！第26页/共29页第二十七页，共30页。精品(jn