第七章大学物理

1、一一 磁介质磁介质 磁化强度磁化强度0BBB介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度1 磁介质磁介质0BB铁铁磁质磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）顺磁质顺磁质 0BB0BB抗抗磁质磁质（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质7-9 7-9 磁场中的磁介质磁场中的磁介质分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 mI无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB顺顺磁质内磁场磁质内磁场2 顺磁质和抗磁质的磁化顺磁质和抗磁质的磁化0BBB抗抗磁质内磁场

2、磁质内磁场qv0B0,B 同同向向时时qv0,B 反反向向时时0BFmFmmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化特点：特点：无外场时无外场时分子固有磁矩等于零，因此不存在顺分子固有磁矩等于零，因此不存在顺磁效应。磁效应。结论： 在抗磁质和顺磁质中都会存在抗磁效应，只是在抗磁质和顺磁质中都会存在抗磁效应，只是抗磁效应与顺磁效应相比较要小得多，因此在顺磁抗磁效应与顺磁效应相比较要小得多，因此在顺磁质中，抗磁效应被顺磁效应所掩盖。质中，抗磁效应被顺磁效应所掩盖。 附加电子磁矩附加电子磁矩 的方向总是和外磁场的方向总是和外磁场 方向相反。方向相反。im0B 由于分子中每一个运动电子都要产生与外磁场反由于分子中每

3、一个运动电子都要产生与外磁场反向的附加磁矩向的附加磁矩 ，分子中各电子附加磁矩的矢量和，分子中各电子附加磁矩的矢量和即为分子的附加磁矩即为分子的附加磁矩 。磁介质中大量分子的附加。磁介质中大量分子的附加磁矩在宏观上对外显示出磁效应。这一磁效应与外磁磁矩在宏观上对外显示出磁效应。这一磁效应与外磁场方向相反，我们把它称为场方向相反，我们把它称为“抗磁效应抗磁效应”。imm3 磁化强度磁化强度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位（安单位（安/米）米） 意义意义 磁介质中单位体积内分子的合磁介质中单位体积内分子的合磁矩磁矩. 为了反映磁化程度的强弱，引入为了反映磁化程度的强弱，

4、引入“磁化强磁化强度矢量度矢量”以长直螺线管为例：以长直螺线管为例： 介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为种电流称为“磁化电流磁化电流”（Is ）。）。二二 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷做定向运动而形成的。流是由大量电荷做定向运动而形成的。磁化电流面密度：磁化电

5、流面密度：介质表面单位长度上的磁化电流介质表面单位长度上的磁化电流lIIs磁磁化强度矢量：磁化强度矢量：ssIlSlSIVmMIslMSIsM结论：结论：磁化强度在数值上等于磁化电流面密度，它磁化强度在数值上等于磁化电流面密度，它们之间的关系由右手螺旋法则确定。们之间的关系由右手螺旋法则确定。adcbaddccbbaLl dM0ddadcblMlM0d dclMabIabMlMlMbaLsddiBClIlBlB0dd0s()NII l传导电流传导电流磁化电流磁化电流sI L MLBClMd+I+ADLBC)d(d0lllMNIlBINIlMBld)(0l dMLIlSHBMBH00HM各向同性

6、各向同性磁介质磁介质（磁化率）（磁化率）HB)1 (0HHBr0定义定义“磁场强度磁场强度 ”MBH0 磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理 IlHld 各向同性各向同性磁介质磁介质HHBr01r相对相对磁导率磁导率r0磁磁 导导 率率r111顺磁质顺磁质（非常数）（非常数）抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限无限长长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为导率为 的磁介质的磁介质.当两圆筒当两圆筒通有相反方向的电流通有相反方向的电流 时，时，试试 求求（1）磁介质中任意点磁介质中任意点 P 的磁感

7、应强度的大小的磁感应强度的大小; （2）圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 的磁感强度的磁感强度.rrRIIrrdIRIrrdIRRdrIlHldIHd2dIHB2r0解解Rd 0IIlHld0,02HHd0HB0,Brd同理可求同理可求1 磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场三三 铁磁质铁磁质2 磁化曲线磁化曲线 磁滞回线磁滞回线400 600 800 1 000H/(Am-1)1510 5B/10-4TB=f (H)顺磁质的顺磁质的B-H曲线曲线0矫顽力矫顽力cH 当外磁场由当外磁场由 逐渐减小时，这种逐渐减小时，这种 B的变化落后于的变化落后于H的变的变化的现象，叫做化的现象，叫做磁

8、滞磁滞现象现象 ，简称，简称磁滞磁滞.mHmBmHPrBcHmHPmBHBO磁滞回线磁滞回线Q 由于磁滞，由于磁滞， 时，时，磁感强度磁感强度 ， 叫做剩余磁感强叫做剩余磁感强度度( (剩磁剩磁) ).0H0BrB3 铁磁性材料铁磁性材料HBO软软磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料HBO矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.4 磁屏蔽磁屏蔽 把磁导率不把磁导率不同的两种磁介质同的两种磁介质放到磁场中，在放到磁场中，在它们的交界面上它们的交界面上磁场要发生突变，磁场要发生突变，引起了磁感应线引起了磁感应线的折射的折射.磁屏蔽示意图磁

9、屏蔽示意图第七章第七章 稳恒磁场小结提纲稳恒磁场小结提纲基本理论基本理论2.2.掌握描述磁场的基本定理和定律。掌握描述磁场的基本定理和定律。4.4.理解带电粒子在电场和磁场中的运动以及霍尔效应理解带电粒子在电场和磁场中的运动以及霍尔效应3.3.理解安培力和洛仑兹力的概念和联系。理解安培力和洛仑兹力的概念和联系。1.1.掌握描述磁场的基本物理量掌握描述磁场的基本物理量 。B毕毕萨定律萨定律高斯定理高斯定理安培环路定理安培环路定理204 relIdBdr0SSdBIl dBoLBvqFmBlIdFd非保守场非保守场无源场无源场( (涡旋场涡旋场) )基本问题基本问题1 1. .求磁感应强度求磁感应

10、强度由毕由毕萨定律、叠加原理求解萨定律、叠加原理求解（熟记（熟记 有限长直导线、圆环、圆弧磁场公式）有限长直导线、圆环、圆弧磁场公式）由安培环路定理求解（条件：电流分布有对称性）由安培环路定理求解（条件：电流分布有对称性）（熟记（熟记 无限长直导线、螺绕环、长螺线管磁场公式）无限长直导线、螺绕环、长螺线管磁场公式）2 2. .安培力、洛仑兹力的计算安培力、洛仑兹力的计算载流导线在磁场中受力载流导线在磁场中受力载流线圈在磁场中受力矩载流线圈在磁场中受力矩带电粒子在磁场中受力带电粒子在磁场中受力LBlIdFBvSNImBmMBv 和和 间有夹角间有夹角圆周运动（圆周运动（R R、T T）螺旋线（螺

11、旋线（R R、T T、d d） 两相同回路两相同回路L L1 1和和L L2 2，回路内包含有无回路内包含有无限长直导线限长直导线I I1 1和和I I2 2，和和是回路上是回路上两位置相同的点，判断正误两位置相同的点，判断正误1I I1 1I I2 2I I1 12I I3 3I I2 2（A A）（）（）（）（）（）（）;,2121PPLLBBl dBl dB且;,2121PPLLBBl dBl dB且;,2121PPLLBBl dBl dB且;,2121PPLLBBl dBl dB且（）（）讨论讨论1 一半导体薄片置于磁场中，薄片中电流方一半导体薄片置于磁场中，薄片中电流方向向右，试判断

12、上下两侧的霍尔电势差向向右，试判断上下两侧的霍尔电势差I I（A A）（）（）（）（）（）（）电子导电，电子导电，电子导电，电子导电，空穴导电，空穴导电，空穴导电，空穴导电，=+ + + + + + + + + +- - - - - - - - - -（）（）- -v v讨论讨论2 半径为半径为1 1的载流圆形线圈与边长为的载流圆形线圈与边长为2 2的方形载流线圈，通有相同的电流，若两线的方形载流线圈，通有相同的电流，若两线圈中心圈中心O O1 1和和O O2 2的磁感强度大小相同，则半径的磁感强度大小相同，则半径与边长之比与边长之比1 1：2 2为为21O O1 1O O2 2（A A）（）

13、（）（）（）（）（）1 1：1 11:24:28:2)cos(cos42100rIB)135cos45(cos240020aI2022aI202224aIBB1012aIB（）（）=讨论讨论4 无限长直导线弯曲成图示形状无限长直导线弯曲成图示形状，电流为，电流为，圆弧半径为圆弧半径为R,R, =120=1200 0 , ,求圆心磁感强度大小和方向。求圆心磁感强度大小和方向。解：解： CDCD段和段和DEDE段通过段通过0 0点点0 rlId0DECDBB)cos(cos42100rIBABA AB BC CE ER R0 0 D D)30cos0(cos30sin40000RI)231 (20

14、RIRIBBC40RIRI632400BCABBBB)231 (20RIRI60方向方向计算题计算题1 在通以电流在通以电流1 1的无限长直导线右侧，放的无限长直导线右侧，放一三角形线圈，线圈中电流为一三角形线圈，线圈中电流为2 2，它与直导线在同，它与直导线在同一平面内，试分别求三角形线圈各边所受作用力。一平面内，试分别求三角形线圈各边所受作用力。r r1 1r r2 212600abF解：解：段段1102rIBababablrIIlBIF121022012121060)(2tgrrrII)(23121210rrrII计算题计算题2段段060cosdrdl 21021060cos2rrbcbcrdrIIdFF12210lnrrII212210rrcacardrIIdFF12210ln2rrII段段rIB210dlrIIdlBIdFbc22102r r1 1r r2 212600bcFabFcaFr rldI2dFdFx xdFdFy yFd d d R Rx xa aI I2 2y yI I1 1b bB BA A0 0 半径为半径为R R的圆形电流的圆形电流I I2 2，在沿直径方向有，在沿直径方向有一无限长直电流一无限长直电流I I1 1，方向如图，求（，