恒定磁场课件

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恒定磁场**自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用？17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！1731年英国商人

雷电后，刀叉带磁性！1751年富兰克林莱顿瓶放电后，缝衣针磁化了！1812年

奥斯忒10.1磁场磁感应强度一、磁力与磁现象**

1820年4月哥本哈根大学电与磁奥斯忒接通电源时，放在边上的磁针轻轻抖动了一下……II1820年7月21日，以拉丁文报导了60次实验的结果。**

Q0静止

Q0运动

静止

运动

运动电荷除了在周围产生电场外，还有另一种场——只对运动电荷起作用——磁场——稳恒电流产生的磁场叫稳恒磁场。Q0场源电荷受力**

静止电荷静止电荷静止电荷之间的作用力——电力运动电荷之间的作用力——电力+磁力

运动电荷运动电荷说明1、磁场由运动电荷(或电流)产生;3、磁场有能量、…二、磁场磁感应强度

电场

磁场传递磁相互作用2、磁场对运动电荷(或电流)有力的作用;**洛仑兹力运动电荷在电磁场中受力磁感应强度q

沿此直线运动时设计实验确定空间一点的磁感应强度单位T或Gs

1Gs=10–4T磁场服从叠加原理**I毕奥-萨伐尔定律真空磁导率叠加原理I'10.2毕奥-萨伐尔定律**l

2

1例题求：直线电流的磁场分布。I方向

0-lL

则

1=0

2=方向：右手定则

无限长半无限长延长线上：**求：圆电流轴线上的磁感应强度。xRx例题I**求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。例题RIab方向

解：Idl**例题I宽度为a

的无限长金属平板，均匀通电流I，将板细分为许多无限长直导线每根导线宽度为dx通电流解：建立坐标系x所有dB

的方向都一样：

求：图中P点的磁感应强度。Pd0x****2、可有计算磁场的方法1、电流元的磁感应强度及叠加原理小结计算场强的方法1、点电荷场的场强及叠加原理（分立）（连续）**典型磁场的磁感应强度典型电场的场强均匀带电无限长直线载流长直导线无限长载流长直导线方向垂直于直线电流元点电荷均匀带电直线方向与电流方向成右手螺旋**典型磁场的磁感应强度典型电场的场强圆线圈轴线上任一点方向与电流方向成右手螺旋均匀带电圆环轴线上任一点磁矩电偶极矩**运动电荷的磁场由毕奥-沙伐尔定律：直导线上的电流元Idl所产生的磁感应强度B的大小电流元

S**

－B的方向垂直于v,r

组成的平面。用矢量式来表示，为＋○**一、磁感应线磁通量2.与形成磁场的电流相套连.I磁感应线特点1.无头无尾的闭合曲线.

磁场是无源场.单位韦伯（Wb）10.3磁场的高斯定理二、高斯定理**I1I2I3L2L1磁应强度B的环流等于穿过以L为边界的任意曲面的电流的代数和的倍。10.4安培环路定理一、安培环路定理空间所有电流共同产生的与L套连的电流代数和（与L绕行方向成右螺电流取正）**二、安培环路定理的应用——用来求解具有高度对称的磁场例题求：无限长直线电流的磁场I解：对称性分析——磁感应线是躺在垂直平面上的同心圆，选环路BL0rB**例题求：无限长圆柱面电流的磁场ILRr解：对称性分析——磁感应线是躺在垂直平面上的同心圆，选环路**——与轴平行！例题求：均匀密绕无限长直螺线管的磁场（已知n、I）解：对称性分析——管内垂轴平面上任意一点垂直平面

有限长的螺线管当L>>R，在中部也有此结果在端部

**IR例题求：均匀密绕螺线环的磁场（已知中心半径R，总匝数N，电流强度I）解：对称性分析——管内任意一个垂轴平面都是对称面——磁感应线是一组同心圆r

rLR1R20（其他）与环的横截面形状无关。**§10.5磁场对电流的作用一、一段载流导线上的力——安培力I电流元一个电荷受力N个电荷受力12**

均匀磁场2、均匀磁场中的闭合线圈F=0I直导线任意导线I——

长度矢量说明：1、3、若处处（不一定均匀）

F=0**2R长度矢量解：方向

均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角

，求此段圆弧电流受的磁力。例题**

均匀磁场二、平面刚性载流线圈上的安培力矩l1l2abcdI作用在一直线上俯视

l1不作用在一直线上力矩方向：

（俯视图上）磁矩M=ISBM=0

稳定平衡；

不稳定平衡。力矩总力图使线圈正向磁通量达到最大。**I1I2r三、平行电流间单位长度上的相互作用力

B21B12

方向

方向

同流向，相吸引；逆流向，相排斥。

方向

方向

**四、磁力的功

M当I不随时间变化正向磁通增加磁力做正功INI反向磁通减少磁力做正功根据电流方向，穿过回路的磁通是反向的

**一、在均匀磁场匀速直线运动磁力提供向心力。周期与速度无关R

匀速率圆周运动=常量轨迹？§10.6

带电粒子在磁场中运动**=螺旋运动粒子束发散角不大、速度相近，v//

几乎相等。匀速率圆周运动+匀速直线运动h

螺距半径周期h磁聚焦**Ihb------

V垂直于的方向出现电势差——霍耳效应

霍耳电压UHIBUH正效应——载流子是空穴P型半导体

UH负效应——载流子是电子n型半导体三、霍耳效应**I-----=b霍耳系数**

例题质谱仪测粒子的荷质比DU实验：加速电压U，均匀磁场B，粒子垂直入射，进口到胶片记录位置间距为D，计算粒子的Q/m值。解：粒子进质谱仪时动能进磁场后做匀速率圆周运动，R**

r称磁介质的相对磁导率——只与磁介质的种类有关。=抗磁质——汞、铜顺磁质——氧、铝铁磁质——铁B0IBI实验发现110-5——10310.7物质的磁性一、介质对磁场的影响**1、电子的磁矩磁矩Ir

与量子力学结果相同（玻尔磁子）J

sJ/T电子以速率v

运动

载流线圈电子自旋二、介质的磁化机理电流强度**B

m对任何物质都有感生磁矩m=0，m起作用——

抗磁质m

m，m可略——

顺磁质m极大——

铁磁质原子分子磁矩电子轨道磁矩电子自旋磁矩核磁矩——

小3个数量级（常略去）讨论磁介质时，将原子分子等效于一个具有固有磁矩的电流圈。

分子电流I感生磁矩2、“分子电流”模型磁通量增加**BB分子电流j'

的总体效应等效于介质表面的宏观电流——磁化电流——束缚电流。磁化强度：单位体积内分子磁矩的矢量和

实验表明：各向同性磁介质抗磁质顺磁质磁化了定义抗磁质顺磁质三、介质的磁化机理单位**有磁介质时的恒定磁场由自由电流I0+束缚电流I'共同作用产生。磁场规律H的环路定理可证各向同性磁介质物质方程四、H的环路定理单位**I0I'思路指导**

例题一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为

r的均匀介质。导线内通电流I，求管内磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。解Bcabd•l环路定理HP**五、铁磁质基本特点1、2、有关；3、磁滞效应；4、超过居里温度变为顺磁质；5、有饱和状态。**IH1、磁化曲线B

rHOB-H

r-H六、磁化曲线与磁滞回线由实验测量B和I，得B

–H曲线。B

rHOB-H

r-H铁磁质顺、抗磁质

**OHBab

fedcBr——剩磁Hc——矫顽力硬磁材料2、磁滞回线和材料的磁性OHB磁滞回线所围的面积与磁化能量成正比。软磁材料**如：铁为1040K，钴为1390K，镍为630K每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。这温度叫临界温度，或称铁磁质的居里点。不同铁磁质具有不同的转变温度

铁磁质的应用*

作变压器的软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。

r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。***作永久磁铁的硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金*作存储元件的矩磁材料Br=BS

，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当+脉冲产生H>HC使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H<–HC使磁芯呈–B态，可做为二进制的两个