大学物理学34第十一章11-8载流导线在磁场中所受的力11-9磁场中的磁介质

1、第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件大学物理学电子教案大学物理学电子教案安培力与磁力矩安培力与磁力矩 11-8 载流导线在磁场中所受的力载流导线在磁场中所受的力11-9 磁场中的磁介质磁场中的磁介质第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件复复 习习运动电荷的磁场运动电荷的磁场34rrvqBo 高斯定律高斯定律 SSdB0安培环路定理安培环路定理iioLIl dB带电粒子在磁场中所受的力带电粒子在磁场中所受的力BvqFm

2、第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件l dISB一一 安安 培培 力力洛伦兹力洛伦兹力BefdmvsindmBefvsindddlBSneFvSneIdvsindlBI 由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力宏观上看起来受到了磁场的作用力 . 安培定律安培定律 磁场对电流元的作用磁场对电流元的作用力力BlIF ddmfdvsinddlBIF lId11-8 载流导线在磁场中所受的力载流导线在磁场中所受的力第十一章第十一章 恒定磁场

3、恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件BlIdFd 有限长载流导线所有限长载流导线所受的安培力受的安培力BlIFFllddBlIF dd 安培定律安培定律 sinddlBIF 意义意义 磁场对电流元作用的力的大小为磁场对电流元作用的力的大小为 的方向垂直于的方向垂直于 和和 所组成的平面所组成的平面, 且与且与 同向同向 .lIdBFdBlIdlIdBFd第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 例例 1 设在真空中有两根相距为设在真空中有两根相距

4、为d 的无限长平行直导的无限长平行直导线，线， 分别通以电流分别通以电流 和和 ，且电流的流向相同，试，且电流的流向相同，试求单位长度上的导线所受的安培力为多少？求单位长度上的导线所受的安培力为多少？1I2I1I2Id12B21B12dF22dlI11dlI21dF解：解：dIB21012sindd22112lIBF1sin,90dlIIlIBF2ddd2210221212dIIlF2dd210212第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 国际单位制中国际单位制中电流单位安培的定义电流单位安培的定义 在真空

5、中两平行长直导线相在真空中两平行长直导线相距距 1 m ，通有大小相等、方向相通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为上的吸引力为 时，时，规定这时的电流为规定这时的电流为 1 A （安培）安培）.17mN10217mH104 问问 若两直导线电流方向相反若两直导线电流方向相反二者之间的作用力如何？二者之间的作用力如何？dIIlFlF2dddd2102121211I2I12B21B12dF21dFd270AN104可得可得第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件

6、ABCxyI00Bo根据对称性分析根据对称性分析jFFy2202xFjBABIF1解解sindd222FFFy1F2dFrlId2dFlId 例例 2 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路放在磁感应强的闭合回路放在磁感应强度为度为 的均匀磁场中，回路平面与磁感强度的均匀磁场中，回路平面与磁感强度 垂直垂直 .回路由直导线回路由直导线 AB 和半径为和半径为 的圆弧导线的圆弧导线 BCA 组成组成 ，电流为顺时针方向电流为顺时针方向, 求磁场作用于闭合导线的力求磁场作用于闭合导线的力.IBrB第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋

7、大学理学院教学课件教学课件sindd222FFFysindlBI002dsinBIrFddrl 因因jABBIjrBIF)cos2(02ACxyrI1FlId0B2dFlIdo0BdjABBIF1由于由于021FFF故故 注意：注意：可以证明，在均可以证明，在均匀磁场中，任意形状的载流匀磁场中，任意形状的载流导线闭合回路的平面与磁感导线闭合回路的平面与磁感强度垂直，此闭合回路不受强度垂直，此闭合回路不受磁场力的作用磁场力的作用.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件ne M,N O,PBBMNOPIne二二

8、 磁场对载流线圈的力矩磁场对载流线圈的力矩如图如图 均匀均匀磁场中有一矩形载流线圈磁场中有一矩形载流线圈MNOP12lNOlMN21FF21BIlF 43FF)sin(13 BIlF041iiFF3F4F1F1F2F2F第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件sinBISM BmBeISMn12lNOlMNsinsin1211lBIllFMB1F3FMNOPIne2F4Fne M,N O,PB1F2FBeNISMn线圈有线圈有N 匝匝时时（适用于任意线圈）（适用于任意线圈）第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物

9、理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件IB.FF. . . . . . . . . . . . . . . . .FIBB+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + IFmax,2MM 0,0M稳定稳定平衡平衡不不稳定稳定平衡平衡讨讨 论论1） 方向与方向与 相同相同Bne2）方向相反）方向相反3）方向垂直）方向垂直0,M力矩最大力矩最大第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 结论结论: 均匀均匀磁场中，

10、任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭合性闭合平面平面通电通电线圈所受的力和力矩为线圈所受的力和力矩为BmMF,02/,maxmBMMBmne与与 成成右右螺旋螺旋I0稳定稳定平衡平衡非稳定非稳定平衡平衡0,/MBmneNISm 磁矩磁矩第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件一一 磁介质磁介质 磁化强度磁化强度0BBB介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度顺磁质顺磁质 0BB0BB抗抗磁质磁质0BB铁铁磁质磁质（铁、钴、镍等）（铁

11、、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质1 磁介质磁介质11-9 磁场中的磁介质磁场中的磁介质第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件0BBB无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩mI0B有外磁场有外磁场sI2 顺磁质和抗磁质的磁化顺磁质和抗磁质的磁化第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件qv0B0,B 同同向向时时qv0,B 反反

12、向向时时0B无外磁场时抗磁质无外磁场时抗磁质分子磁矩为零分子磁矩为零 0mFmFmmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化BBB0抗磁质内磁场抗磁质内磁场第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件3 磁化强度磁化强度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位单位（安安/米米）BBB0抗磁质内磁场抗磁质内磁场BBB0顺磁质内磁场顺磁质内磁场 意义意义 磁介磁介质中单位体积内质中单位体积内分子的合磁矩分子的合磁矩.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东

13、海洋大学理学院教学课件教学课件二二 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度+I+00BnIsIsmI LS磁矩磁矩磁化电流面密度磁化电流面密度磁化强度磁化强度sMIDClABlIABMlMSld第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件0s()II传导电流传导电流磁化电流磁化电流+I+DClAB0s()II l磁场强度磁场强度 MBH0 磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理 IlHldilIlB0dllMId00IlMBld)(0第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学

14、教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件HBMBH00HM线性线性磁介质磁介质（磁化率）（磁化率）HB)1 (01r相对相对磁导率磁导率r0磁磁 导导 率率 线性磁介质线性磁介质HHBr0 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 IlHldr111顺磁质顺磁质（非常数）（非常数）抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件Irr 例例 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限长无限长”同同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为轴圆筒形导

15、体，在它们之间充以相对磁导率为 的的磁介质磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流当两圆筒通有相反方向的电流 时，试时，试 求求（1）磁介质中任意点）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的的磁感应强度的 大小大小;（2）圆柱体外面一点）圆柱体外面一点 Q 的的 磁感强度磁感强度.rrRI解解 对称性分析对称性分析RdrIlHldIdH 2dIH2dIHB2r0dIR第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件0,02HdH0HB0,Brd同理可求同理可求RdrdIB2r0Rd 0IIlHldIrrIRd第十一章第十一章 恒

16、定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件1. 磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场2. 磁化曲线磁化曲线 磁滞回线磁滞回线三三 铁磁质铁磁质B曲线HBHO顺磁质顺磁质tanBH第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件 磁滞回线磁滞回线矫顽力矫顽力cH 由于磁滞，由于磁滞，当磁场强当磁场强度减小到零（即度减小到零（即 ）时，时，磁感强度磁感强度 ，而，而是仍有一定的数值是仍有一定的数值 ， 叫做剩余磁感强度叫做剩余磁感强度(剩磁剩磁).r

17、B0H0BrB 当外磁场由当外磁场由 逐渐逐渐减小时，磁感强度减小时，磁感强度 B并不并不沿起始曲线沿起始曲线 0P 减小减小 ，而，而是沿是沿 PQ比较缓慢的减小，比较缓慢的减小，这种这种 B的变化落后于的变化落后于H的的变化的现象，叫做变化的现象，叫做磁滞现磁滞现象象 ，简称，简称磁滞磁滞.mHmBmHPrBcHmHPmBHBO磁滞回线磁滞回线Q第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件3. 铁磁性材料铁磁性材料HBO软软磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料HBO矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料 实验表明，不同铁

18、磁性物质的磁滞回线形状相实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大差很大.第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件4. 磁屏蔽磁屏蔽 把磁导把磁导率不同的两率不同的两种磁介质放种磁介质放到磁场中，到磁场中，在它们的交在它们的交界面上磁场界面上磁场要发生突变，要发生突变，引起了磁感引起了磁感应线的折射应线的折射.磁屏蔽示意图磁屏蔽示意图第十一章第十一章 恒定磁场恒定磁场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件小小 结结 安培力安培力 磁场对载流线圈的作用磁场对载流线圈的作用BlIdFd BmM 磁介质、磁化强度磁介质、磁化强度 磁介质磁介质