电流的磁场磁介质

电流的磁场磁介质第一页，共四十六页，2022年，8月28日18-1毕奥-萨伐尔定律及其应用1820年:奥斯特发现电流的磁效应电流元在P点激发微元磁感应强度毕奥-萨伐尔定律电流元产生磁场的规律,与点电荷电场公式作用地位等价。第二页，共四十六页，2022年，8月28日电流元产生的磁场电流L产生的磁场利用毕—萨定律，原则上可计算任意电流系统产生的磁场的磁感应强度。求解电流磁场分布基本思路：将电流视为电流元的集合电流元磁场公式磁场叠加原理电流磁场分布第三页，共四十六页，2022年，8月28日一、直导线中电流激发的磁感应强度18-1毕奥-萨伐尔定律及其应用已知：求：分布

解：在直电流(A1A2)上取电流元各电流元在P点产生的同向第四页，共四十六页，2022年，8月28日统一变量：讨论①无限长直电流②直导线及其延长线上点第五页，共四十六页，2022年，8月28日注意利用右手定则来确定导线中电流所引起的磁感应强度的方向。第六页，共四十六页，2022年，8月28日二、圆弧形导线中电流的磁感应强度在圆弧形电流上取电流元各电流元在C点产生的同向第七页，共四十六页，2022年，8月28日讨论载流的圆电流在圆心处的？第八页，共四十六页，2022年，8月28日三、圆形线圈中电流在中心轴上的磁感应强度i已知：求：中心轴上距离线圈平面为z的某点P处的

方向如图解：在圆电流上取电流元各电流元在P点大小相等,方向不同。第九页，共四十六页，2022年，8月28日各电流元在P点大小相等,方向不同。由对称性：zyxids第十页，共四十六页，2022年，8月28日讨论(2)(1)圆心处磁场规定正法线方向与i指向成右旋关系电流所包围的面积圆电流磁矩：圆电流轴线上磁场：第十一页，共四十六页，2022年，8月28日18-2平行载流长直导线间的相互作用导线a中的电流对导线b的力载有同方向电流的两根平行导线相互吸引。导线a中的电流在导线b处的第十二页，共四十六页，2022年，8月28日思考电磁轨道炮的原理a)开始通入电流的轨道炮。电流迅速使导电熔体汽化。b)电流在轨道间产生磁感应强度。对作为电流通路一部分的导电气体作用一个力。气体沿轨道推动射弹，将其发射。第十三页，共四十六页，2022年，8月28日18-3磁场的高斯定理和安培环路定理一、磁场的高斯定理微元分析法(以平代曲，以不变代变)--通过磁场中某给定面的磁感应线的总条数定义：通过任一面积的磁通量

第十四页，共四十六页，2022年，8月28日对封闭曲面，规定外法向为正进入的磁感应线穿出的磁感应线穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零：磁场是无源场磁感应线闭合成环，无头无尾不存在磁单极。磁场的高斯定理第十五页，共四十六页，2022年，8月28日推导：(可由毕－沙定律出发严格证明)

磁场的安培环路定理二、安培环路定理及其应用第十六页，共四十六页，2022年，8月28日稳恒磁场中，磁感应强度沿任意闭合路径L的线积分（环流）等于穿过闭合路径的电流的代数和与真空磁导率的乘积。说明①成立条件：稳恒电流的磁场②的环流：只与穿过环路的电流代数和有关与空间所有电流有关对和均有贡献对上各点有贡献穿过L的电流：不穿过L的电流：对无贡献第十七页，共四十六页，2022年，8月28日电流i的正负规定：环路L的绕行方向与电流i方向服从右手法则时，电流取正；相反则电流取负。第十八页，共四十六页，2022年，8月28日(1)载流长直导线内、外部的磁感应强度

在平面内，作以O为中心、半径r的圆环L;L上各点等价：大小相等，方向沿切向。以L为安培环路，逆时针绕向为正。

对称性分析：r第十九页，共四十六页，2022年，8月28日方向与I指向满足右旋关系第二十页，共四十六页，2022年，8月28日方向与I指向满足右旋关系无限长均匀载流直圆筒B–r曲线？思考第二十一页，共四十六页，2022年，8月28日(2)螺线管的磁感应强度无限长直载流螺线管:I,n已知,线密绕单位长度上的匝数模型：螺距为零，视为一系列平行圆电流紧密排列。，对邻近场点第二十二页，共四十六页，2022年，8月28日线密绕：1作矩形安培环路如图，规定由安培环路定律：无限长直螺线管内为均匀磁场解：第二十三页，共四十六页，2022年，8月28日(3)螺绕环的磁感应强度载流螺绕环：R1、R2、N、I对称性分析：环上各方向:切向同心圆环相等点的集合以中心O,半径r的圆环为安培环路第二十四页，共四十六页，2022年，8月28日以中心O,半径r的圆环为安培环路第二十五页，共四十六页，2022年，8月28日18-4磁介质的磁化物质—原子，分子中均存在运动电荷磁场相互作用磁介质顺磁质抗磁质铁磁质（*）与电介质类比磁化磁介质对磁场的影响：原磁感应强度附加磁感应强度一、磁介质的磁化第二十六页，共四十六页，2022年，8月28日二、顺磁质和抗磁质的磁化机制物质分子的电结构系统分子磁矩m分：可看作是一个等效的圆形分子电流所激发的。自旋磁矩m自；轨道磁矩m轨；第二十七页，共四十六页，2022年，8月28日电介质磁介质分子模型分类电偶极子分子电流分子中所有电子、原子核固有磁矩的等效电流有极分子电介质无极分子电介质顺磁质无外磁场：顺磁质抗磁质抗磁质第二十八页，共四十六页，2022年，8月28日外场中：磁化顺磁质(1)在外磁场中每个分子磁矩都受到一个使其转向外磁场方向的磁力矩;(2)在外磁场作用下顺磁质中各个分子磁矩在一定程度上沿外磁场方向排列——产生与外磁场方向相同的附加磁场。第二十九页，共四十六页，2022年，8月28日抗磁质电子的进动产生的附加磁矩与外磁场的方向相反——产生与外磁场方向相反的附加磁场。第三十页，共四十六页，2022年，8月28日18-5有磁介质存在时的安培环路定理磁场强度磁场的安培环路定理回顾安培环路L所包围的净传导电流有磁介质存在时，磁场中有传导电流、分子电流。如何将其消除？第三十一页，共四十六页，2022年，8月28日特例：一无限长螺线管，线圈内充满均匀的顺磁质，通电流i。在磁介质内任一点都有大小相等、方向相反的两个电流通过，产生的磁效应相互抵消，剩下横截面边缘上的电流未被抵消——形成磁化面电流。第三十二页，共四十六页，2022年，8月28日磁化面电流激发的磁场，与传导电流激发的磁场同方向。螺线管中磁介质内的磁场：js：单位长度圆柱面上的磁化面电流；ni；单位长度螺线管线圈中的传导电流。定义：相对磁导率磁导率第三十三页，共四十六页，2022年，8月28日abcdl第三十四页，共四十六页，2022年，8月28日令磁场强度有磁介质存在时的安培环路定理。：单位安培每米，符号A·m-1第三十五页，共四十六页，2022年，8月28日18-6铁磁质一、铁磁质的磁化特性测定铁磁质磁化规律的实验：利用反向开关S使螺绕环中的电流i0反方向。在反向的过程中，在次级线圈中将产生一个感应电动势，并在其中引起瞬时的感应电流。实验时，不断改变i0，测出相应的和，就可确定磁介质的磁化规律。内部第三十六页，共四十六页，2022年，8月28日BHo当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化，——磁滞现象S起始磁化曲线：OS当外磁场为0时，介质中的磁场并不为0，有一剩磁Br

;Br第三十七页，共四十六页，2022年，8月28日BHoSBr使介质内部的磁场为0，所加反向磁场

Hc——矫顽力Hc磁化曲线形成一条磁滞回线。减小反向磁场，改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；第三十八页，共四十六页，2022年，8月28日磁滞回线剩磁矫顽力回线内面积正比于一次循环能量损耗Hc大---硬磁材料Hc小---软磁材料第三十九页，共四十六页，2022年，8月28日二、铁磁材料软磁材料磁滞回线细长，剩磁很小。软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软磁性材料制成。第四十页，共四十六页，2022年，8月28日硬磁性材料磁滞回线较粗胖，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。cHrB第四十一页，共四十六页，2022年，8月28日非金属氧化物----铁氧体它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化物（如NiO，ZnO等粉末混合烧结而成。可作磁性记忆元件。

磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具有高磁导率、高电阻率。第四十二页，共四十六页，2022年，8月28日三、磁畴铁磁质中由于原子的强烈作用，在铁磁质中形成磁场很强的小区域——磁畴。磁畴的体积约为10-12

——10-8m3，包含1017

——1021个原子。不同材料中磁畴线度不同（微米－毫米量级）可以用粉纹法、磁光法…观测第四十三页，共四十六页，2022年，8月28日未磁化时：各磁畴杂乱无章排列，整体对外不显磁性。外加磁场：磁畴边界慢慢移动，与外磁场顺排的磁畴边界扩大，反之则缩小。第四十四页，共四十六页，2022年，8月28日随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后，磁畴转向全部完成，外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。由于磁化过程中磁畴转向做功，在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。磁滞现象：撤去外场，畴壁很难完全恢复原状，保存某些规则排列，保留部分磁性，即剩磁第四十五页，共四十