大学物理Ⅱ13幻灯片.pptVIP

五 磁场对载流导线（回路）的作用 运动电荷在磁场中 洛仑兹力 电流元在磁场中 安培力 载流线圈 / 力矩作用 . X 力矩总是驱使线圈回到磁场方向 第12章 磁介质 一、磁介质的磁化与磁化强度 磁介质：物质与磁场相互作用, 磁化 安培的分子电流假说 分子磁矩 轨道磁矩 自旋磁矩 ——电子绕核的轨道运动 ——电子本身自旋 等效于圆电流——分子电流-磁性 无外加磁场：热运动，分子磁矩互相抵消，无磁性 有外加磁场：磁矩转向磁场方向 电介质：电偶极矩 磁偶极矩？ 例：均匀磁介质在均匀磁场中的磁化 圆截面螺线管内充满均匀介质。通电后内部为均匀磁场。取一个截面，假设其上分子电流均匀分布，且都转到磁场方向。 相邻分子环流的相邻电流元方向相反，效果互相抵消。 宏观：边缘上出现一环形电流。磁矩总和不为0。 磁化电流/束缚电流，无粒子的宏观位移(传导电流) 所有截面：介质表面出现一分子电流构成的新的螺线管。 束缚电流形成的附加磁场 磁介质内部的磁场 传导电流形成的磁场 描述磁介质磁化状态（方向，程度） 单位体积内的分子磁矩的矢量和。 磁化强度 考虑磁化电流的贡献 2、磁介质中的安培环路定理 Q: 能否找到一辅助矢量，使I’能够消去？ 穿过回路的分子电流对磁化电流有贡献：穿过回路分子电流个数 * 分子电流 取线元dl，作斜圆柱平行于dl，底面积=分子电流面积 计算磁介质内穿过曲线L的磁化电流. 分子电流数密度n,中心在柱内分子数 提供磁化电流 磁场强度 有磁介质时的安培环路定理 一般形式（包含真空M=0) 不含磁化电流 在稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分（即环流）等于包围在环路内传导电流代数和，而与磁化电流无关。 实验表明：一般各向同性均匀磁介质 电介质中的 高斯定理 磁介质中的 安培环路定理 相对电容率 之间的关系 之间的关系 相对磁导率 例 细环形螺线管, 管内充满相对磁导率μr的磁介质. 单位长度导线匝数为n, 传导电流I，求：环内B，H 解：选择同心圆作积分回路。根据安培环路定理 例 无限长载流圆柱体，通有电流I ，I 均匀分布在整个截面上。柱体磁导率μ，柱外真空。求：各区域B，H。 解：选择与柱同轴的圆作积分回路。根据安培环路定理 I R 在分界面上H 连续（与介质无关）, B 不连续 3、顺磁质，抗磁质，铁磁质 磁介质一般分为三类 （3）铁磁质, 磁化强度M不总平行于B，不成正比 （4）超导体 B=0 （1）顺磁质 （2）抗磁质 由微观结构决定 无外磁场 顺磁质及其磁化 分子的固有磁矩不为零 有外磁场 外加磁场时，分子磁矩受到力矩作用，转向外磁场的方向。 分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，磁化结果使介质内部磁场增强。氧，铝，空气 温度上升，顺磁性？？ 热运动加强，顺磁性减弱 抗磁质及其磁化 分子的固有磁矩为零 同向时 反向时 附加磁矩的磁场同激励磁场 反向 电子绕核轨道运动 电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。 铜，水，银。。。（ 16T托起青蛙） 注1：一般抗磁性非常弱（会被顺磁性掩盖） 注2：抗磁性是一切磁介质共同具有的特性(与位移极化类似)。 抗磁质分子产生附加磁矩 铁磁质 Fe,Co,Ni及稀钍族元素的化合物，能被强烈磁化 实验测量B 实验测量: 螺绕环，励磁电流 I; O 磁化曲线 M N P O 初始磁 化曲线 . . . . . . . 矫顽力 饱和磁感应强度 磁滞回线 剩 磁 磁滞回线 B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应。 每个H对应不同的B，与磁化的历史有关。 注：磁滞回线可有无数条。 磁滞回线--不可逆过程 在交变电流的励磁下反复磁化，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比（温度升高） *铁磁性起源：磁畴,电子自旋磁矩 根据量子理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的“交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列（能量最低），形成自发磁化达到饱和状态的微小区域磁畴 10-12m3，1015 多晶磁畴结构 示意图 纯铁 硅铁 钴 三种铁磁性物质的磁畴 电磁起重机：不必打包即可运输铁； 可以用来运输极高温的铁块吗？ 磁畴理论：解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、居里点等 热运动，不显磁性； 外加磁场：磁畴变化，畴壁移动、取向变化；直到饱和； 磁畴变化是不可逆的，剩磁； 临界温度(铁磁质的居里点)，热运动破坏磁畴。Fe:770度 3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。 铁磁质的特性 2. 有很大的磁导率。可以使磁场增强102 ~ 104倍。 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。 1. 磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和H 不是线性关