大学物理课件：第12章 磁场中磁介质第1课

贝尔奖得主海姆曾让青蛙在磁场中飞行

2010年度诺贝尔物理学奖揭晓，来自英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫分享了1000万瑞典克朗的奖金。6年前，他们在世界上首次分离出全世界最薄的材料——厚度只有一个碳原子直径的石墨烯，磁场使青蛙悬浮在空中

2000年，搞笑诺贝尔物理学奖授予了荷兰人的安德烈-盖姆(AndreGeim)和英国人迈克尔-贝瑞(MichaelBerry)，他们使用磁性克服了重力作用，使一只青蛙悬浮在半空中。他们的实验证实了虽然青蛙没有正常的磁性，但是它们放置在一个电磁场中可以实现磁性。而且这种磁性数倍强于磁共振成像(MRI)所产生的磁场。他们推测使用类似的方法可以试着克服一个人的重力作用，让他在半空中漂浮起来。

第12章磁场中磁介质12-1介质的磁化磁化强度与磁化电流12-2有介质存在时的磁场一

磁介质介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度磁介质中的总磁感强度顺磁质抗磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质12-1介质的磁化磁化强度与磁化电流无外磁场顺磁质的磁化分子圆电流和磁矩有外磁场磁化机理二磁化强度分子磁矩的矢量和体积元单位（安/米）意义磁介质中单位体积内分子的合磁矩.三磁化电流有外磁场磁化电流12-2有介质存在时的磁场一、介质中的磁场二、介质中磁场的高斯定理磁场高斯定理C++++++++++++ADBC传导电流磁化电流磁场强度磁介质中的安培环路定理++++++++++++ADBC各向同性磁介质（磁化率）相对磁导率磁导率各向同性磁介质磁介质中的安培环路定理顺磁质（非常数）抗磁质铁磁质I例有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流时，试求（1）磁介质中任意点P

的磁感应强度的大小;（2）圆柱体外面一点

Q

的磁感强度.解对称性分析I同理可求IIO一

磁畴无外磁场有外磁场二磁化曲线MNPO铁磁质三磁滞回线矫顽力由于磁滞，当磁场强度减小到零（即）时，磁感强度，而是仍有一定的数值，叫做剩余磁感强度(剩磁).

当外磁场由逐渐减小时，磁感强度B并不沿起始曲线0P减小，而是沿PQ比较缓慢的减小，这种B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞.O磁滞回线四铁磁性材料O软磁材料O硬磁材料O矩磁铁氧体材料实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.软磁材料（softmagneticmaterial）具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。

2000年是荷兰人和英国人大放异彩的一年，这一年《欧洲物理学日志》杂志发表了一篇荷兰奈梅亨大学安德烈教授和英国布里斯托尔大学贝利爵士撰写的研究报告：《关于飞行的青蛙和漂浮器》。

在这篇报告中，他们介绍了这样一个有趣的实验：通过一块强有力的电磁石的磁场使一只青蛙变得有磁性，并漂浮在磁场范围内，同时他们通过保持区域内各种力的完美丅平衡，使得青蛙保持了完美的悬浮状态，而不是滑出磁场掉下来。

报告的最后指出：“如果青蛙起初处于平衡中，那么就没有外力加在它身上。通过改变形状（例如，从一个圆形变成一个椭圆形），感生力矩也将会改变，而且压力也不再是零，因此青蛙将会开始在一个稍微不同的点上下波动。通过在最小化的震动频率上重复这种策略，震动就会由于参量谐振而扩大，直到青蛙离开那个稳定的区域。但是这是一个很小的影响，因为从属于形状的m达到了10的数量才能成为第五负力量，所以逃离稳定状态要求100,0000

个这样的‘游泳划行’；因此，青蛙就必须保持稳定并高度协调。”

安德烈出席了颁奖典礼并骄