fang恒定磁场讲解实用教案

1、有磁介质的高斯定理0dSSB磁介质放入外场(wichng)0BrBB0 相对(xingdu)磁导率 顺磁质抗磁质铁磁质B略大于0BB略小于0BB远大于0B1r1r1r“感应(gnyng)”磁矩固有磁矩取向转动定义：磁化强度 VPMm第1页/共25页第一页，共26页。VPMm i结论(jiln)：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。nMi束缚(shf)电流密度可证明(zhngmng):顺磁质0ISIabcdiLIlB0d) (00SINI )(00abiNI 2. 磁介质中的安培环路定理LLlMNIlBdd000用磁化强度描述束缚电流LslMId第2页/共25页第二页，共26页。000d)(NI

2、lMBLiI0定义(dngy)磁场强度MBH00dIlHL磁介质的安培(npi)环路定理磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分(jfn)路径所包围的所有传导电流的代数和。讨论： (2) 束缚电流与磁化强度xyzM i i设单位长度上的束缚电流为沿Z方向磁化的介质体元 (1) 普遍适用第3页/共25页第三页，共26页。）内LIlML( d取任意闭合回路 L，则磁化强度M 沿L 的积分等于穿过此积分回路围成的面积(min j)上束缚电流强度的代数和。 (普遍(pbin)关系式)ziI SIPmzyxi iVPMm则，它产生(chnshng)的磁矩nMixyzM i介质侧面上的束缚电流强度

3、第4页/共25页第四页，共26页。(3) 对于各向同性( xin tn xn)介质，在外磁场不太强的情况下HMHMmm 介质(jizh)的磁化率MHB00Hm0)1 (00HrHHBr0一定条件下，可用安培环路定理求解(qi ji)场强度，然后再求解(qi ji)磁感应强度。MHB00真空中HBM00, 0(4)第5页/共25页第五页，共26页。一无限长载流直导线(doxin)，其外包围一层磁介质，相对磁导率1r(2) 介质内外(niwi)界面上的束缚电流密度例：求：解：根据磁介质的安培(npi)环路定理IrHlHL2drIH2/(1) 磁介质中的磁化强度和磁感应强度r2R1RIrHH1HMr

4、m)(rIr2) 1(rIHBrr200由磁化强度与束缚电流密度的关系nMi内界面：1112) 1(RIMir外界面：222) 1(RIir1i2i第6页/共25页第六页，共26页。五、铁磁质1. 最主要(zhyo)特征：在外场中，铁磁质可使原磁场大大(d d)增强。存在磁滞(c zh)现象2. 磁畴 磁化微观机理磁畴中分子磁矩自发地磁化达到饱和状态无0B磁化方向与有0B 整个铁磁质的总磁矩为零同向的磁畴扩大0B磁畴的磁化方向磁化方向转向0B的方向0B使磁场大大增强当外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍，并不能恢复磁化前的状态。相对磁导率很大，且不为一个常数存在一个临界温度居里点。

5、第7页/共25页第七页，共26页。3. 宏观磁化(chu)现象 磁滞回线铁磁质中HB 不是(b shi)线性关系HB HrBHoabcdef 剩磁rB矫顽力CHHBo(1) 实验证明：各种铁磁质的起始磁化曲线(qxin)都是“不可逆”的， 磁滞现象讨论：(2) 要消除剩磁，要依靠铁磁质的矫顽力不同材料，矫顽力不同第8页/共25页第八页，共26页。(4) 铁磁材料(cilio)的应用BHoBHoHC 较小HC较大(jio d)易磁化(chu)，易退磁剩磁较强，不易退磁可作变压器、电机、电磁铁的铁芯可作永久磁铁(3) 铁磁质的磁化状态取决于铁磁质此前的磁化历史软磁材料硬磁材料第9页/共25页第九页

6、，共26页。稳恒磁场(cchng)小结 磁感应强度(qingd)和磁场强度(qingd)的确定 毕 萨定律(dngl)电流元的选取，磁场的叠加原理注意：确定磁感应强度与电场强度方向的区别几种常用载流体产生的磁感应强度rIB202322202/)xR(IRBnIB020iB（运动电荷产生的磁场）034qvrBrBmSB dS0SB dS（磁场的无源性）0iLB dlI求电流对称分布的磁感应强度dFIdlBfqvBmMpB线圈在磁场中转动（分析趋势）霍尔效应第10页/共25页第十页，共26页。 磁介质磁介质的分类(fn li)磁化的微观(wigun)解释磁化强度和束缚(shf)电流含介质的安培环路

7、定理铁磁质铁磁质磁滞回线（会分析和描述）磁化机理的微观解释 磁学中需注意的几个问题： 用安培力公式和磁力矩公式分析载流体的运动趋势 磁力的功与磁通量的关系 洛伦兹力 安培环路定理 + 补偿原理 注意对称性，电流方向 磁矩的概念和计算 磁力矩的计算 运动带电体产生的磁场 分析电荷元 + 叠加原理带电粒子在电场和磁场中的典型运动规律fqEqvB第11页/共25页第十一页，共26页。第十章 变化(binhu)的电磁场电流(dinli)的磁效应磁的电效应(xioyng)电生磁10-1 电磁感应定律一、电动势ABBAABuuuI电源KF将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功定义：q

8、AKqAKdd非静电性场强q/FEKKABKKlFAdABKlEqdABKlEd对闭合电路lEKd第12页/共25页第十二页，共26页。 表征了电源非静电力作功本领(bnlng)的大小反映电源将其它(qt)形式的能量转化为电 能本领的大小二、电磁感应(dinc-gnyng)定律法拉第的实验：磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流NS 一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流电磁感应实验的结论当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，回路中就出现感应电流SBdSBd cosv变SB、变产生电磁感应)(tI I I第13页/共25页第十三页，共26页。法拉第的实验(shyn)规律感应(g

9、nyng)电动势的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比tmddtmdd 在国际(guj)单位制中负号表示感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因 楞次定律 (1) 若回路是 N 匝密绕线圈tNmddtNmd)d(tmdd (2) 若闭合回路中电阻为RtRRImiddtqidd则，感应电荷为讨论：21dttiitIq21d1mmmRR/mm21磁通链第14页/共25页第十四页，共26页。 (3)关于感应(gnyng)电动势的方向 任意选定回路绕行方向，并用右手螺旋法则(fz)根据这个绕行方向确定回路面积的正法线方向； 沿正法线(f xin)方向穿过回路面积的磁通量为正，反之为负； 与回路绕行

10、方向一致的感应电动势为正，反之为负。0ddtnnnn0ddt0ddt0ddtNSNNNSSS00000000第15页/共25页第十五页，共26页。两个同心圆环，已知 r1r2,大线圈(xinqun)中通有电流I ,当小圆环绕直径以 转动时，2r1rI解：202rIB大圆环在圆心处产生(chnshng)的磁场 通过(tnggu)小线圈的磁通量 SB cos22120rrItrrI cos22120trrItmsin2dd2210例1：感应电动势求：小圆环中的感应电动势 第16页/共25页第十六页，共26页。在无限长直(chn zh)载流导线的磁场中，有一运动的导体线框，导体线框与载流导线共面，I

11、vabxdx解：xbxISBmd2dd0通过(tnggu)面积元的磁通量 xbxIallmmd2d0lalIbln20tmddllt/ lalt/ lIbdddd20)(20allIabv（方向(fngxing)顺时针方向(fngxing)） 例2：求：线框中的感应电动势第17页/共25页第十七页，共26页。10-2 感应(gnyng)电动势tmdd两种不同(b tn)机制 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路(hul)运动（切割磁场线） 动生电动势相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化感生电动势一、动生电动势Blvf单位时间内导线切割的磁场线数)(Befv电子受洛伦兹力 非

12、静电力KFevBltidd第18页/共25页第十八页，共26页。非静电场eFEKKBv 动生电动势应用(yngyng)：匀强磁场，导体匀速运动 ld磁场中的运动导线(doxin)成为电源，非静电力是洛伦兹力vlBablEKidlBd)(vlBid)(vlBabdvBlv第19页/共25页第十九页，共26页。讨论(toln)：(3) 注意(zh y)矢量之间的关系vBldvB(4) 对于运动导线(doxin)回路，电动势存在于整个回路0i0Bv0Bv0d)(lBvlBid)(v)d(lBvtltB)/d(vtSB/ dt/ ld(法拉第电磁感应定律)(1) 动生电动势只产生在运动的一段导体上，不

13、动的部分无电动势，只提供电流的回路 (2) 如果只有一段在磁场中运动，即无闭合回路，则上只有动生电动势，而无感应电流 第20页/共25页第二十页，共26页。(5) 感应(gnyng)电动势的功率设电路(dinl)中感应电流为IBvab导线(doxin)受安培力导线匀速运动电路中感应电动势提供的电能是由外力做功所消耗的机械能转换而来的(6) 感应电动势做功，洛伦兹力不做功？BvfV fFVF)()( ffvvvv ffvvvvBeBe0e vvIBlIPiIBlFmmextFFvvIBlFPextextPmFextFI洛伦兹力做功为零第21页/共25页第二十一页，共26页。例1：在匀强磁场 B

14、中，长 R 的铜棒绕其一端(ydun) O 在垂直于 B 的平面(pngmin)内转动，角速度为 BOR求：棒上的电动势解：方法(fngf)一 (动生电动势):dlAlAOilBd)(vROlBdvROlBld22BR方向OA 方法二(法拉第电磁感应定律):d在 dt 时间内导体棒切割磁场线vdBR d212tiddtBRdd212221BR方向由楞次定律确定第22页/共25页第二十二页，共26页。例2：在半径为R 的圆形截面(jimin)区域内有匀强磁场 B ，一直导线垂直于磁场(cchng)方向以速度 v 扫过磁场(cchng)区。求：当导线(doxin)距区域中心轴垂直距离为 r 时的动

15、生电动势vBrRab解：方法一 ：动生电动势bailBd)(vldbalBdv)(abBv222rRB vO方法二 ：法拉第电磁感应定律在 dt 时间内导体棒切割磁场线rBrRd2d22trrRBtidd2dd22222rRBv方向由楞次定律确定第23页/共25页第二十三页，共26页。例3： 一圆形均匀(jnyn)刚性线圈，总电阻为R ，半径为 r ，在均匀(jnyn)磁场 B 中以 绕其轴 OO 转动，转轴(zhunzhu)垂直于 B 。当线圈平面(pngmin)转至与 B 平行时，试求：BOOrabcacab,解：l dBvbabaBdlvcosbaBdlvsinbaBdlv4/022sindBr2418rB由Faraday Law，线圈总电动势 Bri28/2Brabsinrvrddl 2/022acdsinBr24rB第24页/共25页第二十四页，共26页。感谢您的观赏(gunshng)第25页/共25页第二十五