第八章 恒定电流的磁场(二).

1、 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 sinqvBF BvqF大小：大小： 方向：方向： 的方向或反方向的方向或反方向 Bv 一般情况下，如果带电粒子在磁场中运动时，磁一般情况下，如果带电粒子在磁场中运动时，磁场对

2、运动电荷产生力的作用，此磁场力叫场对运动电荷产生力的作用，此磁场力叫洛伦兹力。洛伦兹力。 方向与磁场方向与磁场 方向成夹角方向成夹角 时，洛伦兹力为时，洛伦兹力为vBvF特例：特例：/0vBF 如果则vBFqvB如果则（1 1）当带电粒子沿磁场方向）当带电粒子沿磁场方向运动时运动时: :BqvF00F（2 2）当带电粒子的运动方向与）当带电粒子的运动方向与磁场方向垂直时磁场方向垂直时: :0v0vF带电粒子所受洛伦兹力总是和带带电粒子所受洛伦兹力总是和带电粒子运动方向垂直，故它只能电粒子运动方向垂直，故它只能改变带电粒子运动方向，不改变改变带电粒子运动方向，不改变速度大小，即速度大小，即。1.

3、1.带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子在均匀磁场中的运动粒子作匀速直线运动。粒子作匀速直线运动。RvmBqv200qBmvR0周期周期qBmvRT220轨道轨道半径半径由于洛伦兹力与速度方向垂直，粒子在磁场中做匀速由于洛伦兹力与速度方向垂直，粒子在磁场中做匀速圆周运动。圆周运动。洛伦兹力为向心力洛伦兹力为向心力RmqBT2角频率角频率（3 3）如果）如果 与与 夹角为夹角为 角角 B0vqBmT2粒子作螺旋运动，粒子作螺旋运动，半径半径hRBqBmvqBmvRsin0螺距螺距周期周期qBmvvRvTvhcos220/注意注意: :螺距仅与平行于磁场方向的初速度有关。螺距仅与平行于磁场方向的初速

4、度有关。/vv0v2.2.带电粒子在非均匀磁场中运动带电粒子在非均匀磁场中运动F2F1BvFBv线圈线圈(磁镜磁镜)（磁镜）（磁镜）（磁镜）（磁镜）磁约束装置（磁瓶）磁约束装置（磁瓶）范艾仑辐射带的形成示意图范艾仑辐射带的形成示意图 带有电荷量带有电荷量 的粒子在静电场的粒子在静电场 和磁场和磁场 中中以速度以速度 运动时受到的作用力为运动时受到的作用力为EqBvBvqEqF1. 1. 磁聚焦磁聚焦一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带一束速度大小相近，方向与磁感应强度夹角很小的带电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本电粒子流从同一点出发，由于平行磁场速度分量基本相等，因而螺距

5、基本相等。这样，各带电粒子绕行一相等，因而螺距基本相等。这样，各带电粒子绕行一周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，周后将汇聚于一点，类似于光学透镜的光聚焦现象，称称磁聚焦。磁聚焦。广泛应用于电真空器件中对电子的聚焦。广泛应用于电真空器件中对电子的聚焦。B显像管中电子束的磁聚焦装置示意图显像管中电子束的磁聚焦装置示意图回旋加速器是核物理、高能物理实验中用来获回旋加速器是核物理、高能物理实验中用来获得高能带电粒子的设备，下图为其结构示意图。得高能带电粒子的设备，下图为其结构示意图。2. 2. 回旋加速器回旋加速器(cyclotron)(cyclotron)D形盒形盒电磁铁电磁铁电磁铁电磁

6、铁粒粒子子源源B2D1D1D2D真空室 接高频电源 粒子源 D形盒引出粒子束 (1)(1)装置装置电磁铁电磁铁产生强大磁场产生强大磁场D D形真空盒形真空盒 放在真空室内，接高频放在真空室内，接高频交变电压，使粒子旋转加速交变电压，使粒子旋转加速, ,(2)(2)原理原理 粒子源产生的带电粒子源产生的带电粒子经电场加速进入粒子经电场加速进入D1 1磁场使粒子在盒内做圆磁场使粒子在盒内做圆运动。运动。带电粒子源带电粒子源 产生带电粒子产生带电粒子B2D1D1D2D带电粒子在盒内运动半周时只受磁场作用速率不变。带电粒子在盒内运动半周时只受磁场作用速率不变。在盒内运动半周的时间为在盒内运动半周的时间

7、为mtqB该时间与运动速度、半径无关，等于加速电场的周期该时间与运动速度、半径无关，等于加速电场的周期最终速度：最终速度：qvBRm结构示意图结构示意图 倍恩勃立奇质谱仪倍恩勃立奇质谱仪速度选择器速度选择器带电粒子源带电粒子源加速电场加速电场均匀磁场均匀磁场3. 3. 质谱仪质谱仪(mass spectrometer)0SAA1S1S2P1PEBBB0SAA1S1S2P1PEBBB电场力电场力磁场力磁场力两力的方向相反两力的方向相反, ,只有受力只有受力满足电场力等于磁场力的粒满足电场力等于磁场力的粒子才可以从小孔射出子才可以从小孔射出均匀电场和均匀磁场相互垂直，粒子受力均匀电场和均匀磁场相互

8、垂直，粒子受力速度选择器原理速度选择器原理EqFemFqvB;FFemqEqvB/vE B被选择粒子的速度被选择粒子的速度 从从S0 0射出的粒子进入磁射出的粒子进入磁感应强度为感应强度为B的磁场后将作的磁场后将作圆周运动，半径为圆周运动，半径为 0SAA1S1S2P1PEBBBmvmERqBqB BBBREmq 依据粒子在照相底片依据粒子在照相底片上的位置可算出这些粒子上的位置可算出这些粒子的相应荷质比，所以这种的相应荷质比，所以这种仪器叫质谱仪。仪器叫质谱仪。4. 4. 霍耳（霍耳（E.C.Hall)E.C.Hall)效应效应(Hall effect)(Hall effect) 在一个通有

9、电流的导体板上，垂直于板面施加一在一个通有电流的导体板上，垂直于板面施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象磁场，则平行磁场的两面出现一个电势差，这一现象是是18791879年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。年美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为该电势差称为霍耳电势差霍耳电势差 。 Udb1V2VmFveFHEBI P型半型半导体导体 Udb1V2VmFveFHEBI金属金属 实验指出，在磁场不太强时，霍耳实验指出，在磁场不太强时，霍耳电势差电势差 U与电与电流强度流强度I I和磁感应强度和磁感应强度B成正比，与板的宽成正比，与板的宽d成反比。成反比。RH称为霍

10、耳系数，仅与材料有关。称为霍耳系数，仅与材料有关。dBIRVVUH12原理原理霍耳效应是由于导体中的载流子在磁场中受到洛伦霍耳效应是由于导体中的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用发生横向漂移的结果。下面以金属导体兹力的作用发生横向漂移的结果。下面以金属导体为例，来说明其原理。为例，来说明其原理。HUI1 12 2dbB其中载流子是电子，运动方向与电流流向相反，如其中载流子是电子，运动方向与电流流向相反，如果在垂直于电流方向加一均匀磁场，这些自由电子果在垂直于电流方向加一均匀磁场，这些自由电子受洛伦兹力的作用，大小为受洛伦兹力的作用，大小为BveF mEHveFmF洛伦兹力向上，使电子向上漂移，使

11、得金属薄片上侧洛伦兹力向上，使电子向上漂移，使得金属薄片上侧有多余负电荷积累，下侧缺少负电荷，有多余正电荷有多余负电荷积累，下侧缺少负电荷，有多余正电荷积累，结果在导体内形成附加电场，称霍耳电场。此积累，结果在导体内形成附加电场，称霍耳电场。此电场给电子电场力与洛仑兹力反向，大小为电场给电子电场力与洛仑兹力反向，大小为HeeEF 当当F Fe e= =F FH H 时不再有漂移，载流子正常移动。时不再有漂移，载流子正常移动。HUI1 12 2dbBEHveFmFBveeE HBvE H此时霍尔电场为此时霍尔电场为霍尔电势差为霍尔电势差为BbvbEVVH21当当Fe= =FH 时时导体中单位体积

12、内的带电粒子数为导体中单位体积内的带电粒子数为n，则通过导体电流，则通过导体电流Inqbdv代入上式得代入上式得nedIBVVU21neR1H霍耳系数为霍耳系数为dBIRVVUH12又又若载流子带电为若载流子带电为 qnqR1H则霍耳系数为则霍耳系数为霍耳效应的应用霍耳效应的应用dIBnqU1H2.2.根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的 浓度浓度n n型半导体载流子为电子型半导体载流子为电子p p型半导体载流子为带正电的空穴型半导体载流子为带正电的空穴1.1.确定半导体的类型确定半导体的类型霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术霍耳效应已在测

13、量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。等各个领域中得到越来越普遍的应用。3.3.磁流体发电磁流体发电电极发电通道导电气体NS磁流体发电磁流体发电 导电气体导电气体发电通道发电通道电极电极qq B磁流体发电原理图磁流体发电原理图理论曲线理论曲线 量子霍耳效应量子霍耳效应BR2 m3 m4 m1 m崔琦、施特默：更强磁崔琦、施特默：更强磁场下场下 51,41,31,21m克里青：半导体在低克里青：半导体在低温强磁场温强磁场 m=1=1，2 2，3 3， 1985年年 诺贝诺贝尔物理奖尔物理奖1998年年 诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖实验曲线实验曲线*2HhRme薛其坤：薛其坤：2

14、013年实验发现量子反常霍尔效应年实验发现量子反常霍尔效应 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 安培力：安培力：载流导线载流导线在磁场中受到的磁场力在磁场中受到的磁场力BlIF ddsinddlBIF dF方向判断

15、方向判断 右手螺旋法则右手螺旋法则LLBlIFFdd一段任意形状载流导线受到的安培力一段任意形状载流导线受到的安培力大小大小 是电流元与磁感应强度的夹角。是电流元与磁感应强度的夹角。 安培定律安培定律矢量式矢量式载流长直导线在均匀磁场中所受安培力载流长直导线在均匀磁场中所受安培力sinddlBIF 取电流元取电流元lId受力大小受力大小方向：垂直纸面向里方向：垂直纸面向里积分积分LBIllBIFsinsindsinBlIF IBFdlId所以，安培力的大小为所以，安培力的大小为如果载流导线所处为非均匀磁场，可取电流元，每如果载流导线所处为非均匀磁场，可取电流元，每段受力段受力 可分解为可分解为

16、FddxFdyFdzFdxxFFdyyFFdzzFF然后，求出合力即可。然后，求出合力即可。例题例题8-68-6 在磁感强度为在磁感强度为B的均匀磁场中，通过一的均匀磁场中，通过一半径为半径为R的半圆导线中的的半圆导线中的电流为电流为I。若导线所在平。若导线所在平面与面与B垂直，求该导线所垂直，求该导线所受的安培力。受的安培力。I I由电流分布的对称性，电由电流分布的对称性，电流元各段在流元各段在x方向分力的方向分力的总和为零，总和为零，只有只有y方向分方向分力对合力有贡献力对合力有贡献。解：解：坐标坐标Oxy 如图所示如图所示各段电流元受到的安培力数值上都等于各段电流元受到的安培力数值上都等

17、于lBIFdd方向沿各自半径离开圆心向外，整个半圆导线受安方向沿各自半径离开圆心向外，整个半圆导线受安培力为培力为dFFI IxyxFd FdxFdyFdFdyFd sindsindd lBIFFy ddRl 由安培定律由安培定律由几何关系由几何关系上两式代入上两式代入yFFd合力合力F的方向：的方向：y轴正轴正方向方向。结果表明：结果表明：半圆形载半圆形载流导线上所受的力与流导线上所受的力与其两个端点相连的直其两个端点相连的直导线所受到的力相等导线所受到的力相等. . yFFd I IFdFdxFdxFdyFdyFdxyBIRBIR2dsin0由本题结果可推论：由本题结果可推论：均匀磁场中，

18、任意弯曲载流导均匀磁场中，任意弯曲载流导线上所受的磁场力等效于弯曲导线始、末两点间直线上所受的磁场力等效于弯曲导线始、末两点间直导线通以等大电流时所受的磁场力。导线通以等大电流时所受的磁场力。 磁悬浮列车磁悬浮列车车厢下部车厢下部装有电磁铁，当电磁铁通装有电磁铁，当电磁铁通电被钢轨吸引时就悬浮。电被钢轨吸引时就悬浮。列车上还安装一系列极性列车上还安装一系列极性不变的电磁铁，钢轨内侧不变的电磁铁，钢轨内侧装有两排推进线圈，线圈装有两排推进线圈，线圈通有交变电流，总使前方通有交变电流，总使前方线圈对列车磁体产生吸引线圈对列车磁体产生吸引力，后方线圈对列车产生力，后方线圈对列车产生安培力的应用安培力

19、的应用排斥力，这一推一吸的合力便驱使列车高速前进。强排斥力，这一推一吸的合力便驱使列车高速前进。强大的磁力可使列车悬浮大的磁力可使列车悬浮110cm，与轨道脱离接触，与轨道脱离接触，消除了列车运行时与轨道的摩擦阻力，使列车速度可消除了列车运行时与轨道的摩擦阻力，使列车速度可达达400400km/h。电磁驱动力原理图电磁驱动力原理图 中国第一辆载人磁悬浮列车中国第一辆载人磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车 如上图，矩形线圈处于匀强磁场中，如上图，矩形线圈处于匀强磁场中，AB、CD边与磁场垂直，线圈平面与磁场方向夹角为边与磁场垂直，线圈平面与磁场方向夹角为 。ID1FBAB2l2F2F1lC1FB)(

20、CD)(BA2F2FneAD与与BC边受力大小为边受力大小为sin11BIlF 受力在同一直线上，相互抵消。受力在同一直线上，相互抵消。22BIlF AB与与CD边受力大小为边受力大小为 这两个边受力不在在同一直线上，形成一力偶，力这两个边受力不在在同一直线上，形成一力偶，力臂为臂为 ，它们在线圈上形成的力矩为它们在线圈上形成的力矩为 cos1lcos12lFM cos21lBIlcosBISB)(CD)(BA2F2Fne由于是矩形线圈，对边受由于是矩形线圈，对边受力大小应相等，方向相反。力大小应相等，方向相反。方向为：方向为：垂直向外垂直向外用用 代替代替 ，可得到力矩，可得到力矩sinBI

21、SM 21l lS 为线圈面积，令为线圈面积，令 为线圈平面正法向与磁场为线圈平面正法向与磁场方向的夹角，方向的夹角， 与与 为互余的关系为互余的关系若线圈为若线圈为N匝，则线圈所受力偶为匝，则线圈所受力偶为sinNBISM 2B)(CD)(BA2F2Fne 实际上实际上m=NIS为线圈磁矩为线圈磁矩的大小，方向为线圈平面的的大小，方向为线圈平面的法线方向。法线方向。 用矢量式表示磁场对线用矢量式表示磁场对线圈的力矩：圈的力矩：上式不仅对矩形线圈成立，对于上式不仅对矩形线圈成立，对于中的中的任意形状的任意形状的也成立，对于带电粒子在平面也成立，对于带电粒子在平面内沿闭合回路运动在磁场中受到的力

22、矩都适用。内沿闭合回路运动在磁场中受到的力矩都适用。BmMB)(CD)(BA2F2Fne（1 1） = /2，线圈平面与磁场方向相互平行，力矩，线圈平面与磁场方向相互平行，力矩最大，这一力矩有使最大，这一力矩有使 减小的趋势。减小的趋势。（2 2） =0，线圈平面与磁场方向垂直，力矩为零，线圈平面与磁场方向垂直，力矩为零，线圈处于稳定平衡状态。线圈处于稳定平衡状态。 综上所述，综上所述，任意形状不变的平面载流线圈作为整任意形状不变的平面载流线圈作为整体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈体在均匀外磁场中，受到的合力为零，合力矩使线圈的磁矩转到磁感应强度的方向。的磁矩转到磁感应强度的方向

23、。（3 3） = = ，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩，线圈平面与磁场方向相互垂直，力矩为零，但为不稳定平衡，为零，但为不稳定平衡， 与与 反向，微小扰动，反向，微小扰动，磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。磁场的力矩使线圈转向稳定平衡状态。Bm讨论：讨论：AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I平行载流直导线间距为平行载流直导线间距为a，两者电流方向相同，间，两者电流方向相同，间距远小于导线长，可将两导线视做无限长导线。距远小于导线长，可将两导线视做无限长导线。在在上任取一电流元上任取一电流元22dIl 为载流导线为载流导线AB在在 激发的磁感应强度激发的磁感应强度

24、21B22dIl为电流源和所在处磁感应强度的夹角为电流源和所在处磁感应强度的夹角2aIB10212 计算计算CD受到的力，受到的力，CD上所上所任取电流元受力：任取电流元受力：sindd222121lIBFaIB102121sin2210222121d2ddlaIIlIBFaIIlF2102212dd载流导线载流导线CD所受的力方向指向所受的力方向指向AB。载流导线载流导线CD单位长度所受的力单位长度所受的力AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I 表明：表明：两个同方向的平两个同方向的平行载流直导线，通过磁场的行载流直导线，通过磁场的作用相互吸引。反之，两个作用相互

25、吸引。反之，两个反向的平行载流直导线，通反向的平行载流直导线，通过磁场的作用相互排斥。过磁场的作用相互排斥。AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I同理可以证明载流导线同理可以证明载流导线AB单位长度所受的力的方向单位长度所受的力的方向指向导线指向导线CD，大小为，大小为 aII2210iiii载流直导线之间的相互作用载流直导线之间的相互作用 “ “安培安培”的定义：的定义：真空中相距真空中相距1 1m的二无限长而的二无限长而圆截面极小的平行直导线中载有相等的电流时，若圆截面极小的平行直导线中载有相等的电流时，若在每米长度导线上的相互作用力正好等于在每米长度导线上的相

26、互作用力正好等于 ，则导线中的电流定义为则导线中的电流定义为1 1A。N1027 载流线圈或导线在磁场中受到磁场力（安培力）载流线圈或导线在磁场中受到磁场力（安培力）或磁力矩作用，因此，当导线或线圈位置改变时，或磁力矩作用，因此，当导线或线圈位置改变时，磁场力就作了功。下面从一些特殊情况出发，建立磁场力就作了功。下面从一些特殊情况出发，建立磁场力作功的一般公式。磁场力作功的一般公式。1. 1. 载流导线在磁场中运动时磁力所作的功载流导线在磁场中运动时磁力所作的功BIlF BIFCDABABI 在力在力 作用下，作用下， 将从初始位置沿着力将从初始位置沿着力 的的方向移动，当移动到位置方向移动，

27、当移动到位置 时磁力时磁力 所作的功所作的功FABFBAFABIlAAFAA 上式说明上式说明当载流导线在磁场中运动时，如果电流当载流导线在磁场中运动时，如果电流保持不变，磁力所作的功等于电流乘以通过回路所环保持不变，磁力所作的功等于电流乘以通过回路所环绕的面积内磁通量的增量，绕的面积内磁通量的增量，也即也即磁力所作的功等于电磁力所作的功等于电流乘以载流导线在移动中扫过的面积对应的磁通量。流乘以载流导线在移动中扫过的面积对应的磁通量。IABlDA 0ABlDt磁力所作的功为磁力所作的功为ABlABlDAABlD0t 导线在初始位置导线在初始位置 时和在终了位置时和在终了位置 时，时，通过回路的

28、磁通量分别为通过回路的磁通量分别为ABBA所以所以则则2.2.载流线圈在磁场内转动时磁场力所作的功载流线圈在磁场内转动时磁场力所作的功设有一线圈在磁场中转动，其中电流保持不变。设有一线圈在磁场中转动，其中电流保持不变。d1F2Fne ba dcBIAdd当线圈从当线圈从 转到转到 时，时， 磁力矩所作的总功磁力矩所作的总功为：为：12IIIA)(d1221 恒定磁场恒定磁场不是不是保守力场，磁力的功不等于磁场能保守力场，磁力的功不等于磁场能的减少，而且，的减少，而且，洛伦兹力是不作功的洛伦兹力是不作功的，磁力所作的功，磁力所作的功是消耗电源的能量来完成的。是消耗电源的能量来完成的。例题例题8-

29、78-7 如图所示，长方形线圈如图所示，长方形线圈OPQR 可绕可绕y轴转动，轴转动，边长边长l1=6cm, l2=8cm。线圈中的电流为线圈中的电流为10A，方向沿，方向沿OPQRO，磁场为均匀磁场，磁感应强度为，磁场为均匀磁场，磁感应强度为0.02T，方，方向平行于向平行于Ox。（1）如果使线圈平面和磁感应强度成如果使线圈平面和磁感应强度成 =30角，求此时角，求此时线圈每边所受的安培力线圈每边所受的安培力以及线圈所受的磁力矩；以及线圈所受的磁力矩；（2 2）当线圈由这个位置）当线圈由这个位置转到平衡位置时，求磁转到平衡位置时，求磁场力的功。场力的功。neOxz1l2lyPQRB解：解：（

30、1 1）设）设为为lId和和B之间的夹角之间的夹角sinFBIlneOxz1l2lyPQRBOP所受磁场力沿所受磁场力沿Oz轴负轴负方向，大小为方向，大小为QR所受磁场力沿所受磁场力沿Oz轴正方向，大小为轴正方向，大小为N106 . 121FN106 . 122FRO所受磁场力沿所受磁场力沿Oy轴负方向，轴负方向，大小为大小为PQ所受磁场力沿所受磁场力沿Oy轴正方向，轴正方向，大小为大小为磁力矩为磁力矩为sinBISM mN103 . 84磁力矩使线圈顺时针转动（面对磁力矩使线圈顺时针转动（面对Oy轴方向看）。轴方向看）。N106 . 024FN106 . 023FneOxz1l2lyPQRB

31、（2 2）线圈在）线圈在 30时，通过线圈平面的磁通量时，通过线圈平面的磁通量cos1BS Wb108 . 44线圈转至平衡位置时线圈转至平衡位置时0通过线圈平面的磁通量通过线圈平面的磁通量所以在这运动过程中磁场力作功所以在这运动过程中磁场力作功J108 . 4421IAcos2BS Wb106 . 94 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7

32、 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 磁磁 化：化：磁介质在磁场作用下内部状态的变化称为磁化。磁介质在磁场作用下内部状态的变化称为磁化。磁介质：磁介质：在磁场作用下，其内部状态发生变化，并在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场分布的物质。反过来影响磁场分布的物质。BBB0总磁感总磁感强度强度附加磁附加磁感强度感强度外加磁外加磁感强度感强度磁化后介质内部的磁化后介质内部的磁场表示为：磁场表示为：抗磁质抗磁质( (铜、铋、硫、氢、银等铜、铋、硫、氢、银等) )0BB 铁磁质铁磁质( (铁、钴、镍

33、等铁、钴、镍等) )0BB 磁介质的分类磁介质的分类抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点：抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点：它们它们所激发的附加磁场极其微弱所激发的附加磁场极其微弱顺磁质顺磁质( (锰、铬、铂、氧、氮等锰、铬、铂、氧、氮等) )0BB 分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流分子电流。BBB0 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐

34、尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度( (大小与方向大小与方向) )的物理量。的物理量。VmmMV分子分子0lim 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称，称为磁化强度

35、，用为磁化强度，用 表示。表示。 M分子m分子m单位：单位：A/m注：外磁场为零，磁化强度为零。注：外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零外磁场不为零: :顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质同向、0BM反向、0BM内）（LLIlB000d无磁介质时无磁介质时安培环路定理安培环路定理有磁介质时有磁介质时)(d0sIIlBlMIds)d(d0lMIlBIlMBd)(0或磁场强度：磁场强度：因为因为所以所以定义定义磁场强度：磁场强度：MBH0 注意注意：磁场强度矢量的磁场强度矢量的环流环流仅与传导电流仅与传导电流I I 有关，有关，在形式上与磁介质无关。其单位为在形式上与磁介质无关。其单位为A/m。 磁介质中

36、的安培环路定理：磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于该路径所包围的所有意闭合路径的线积分等于该路径所包围的所有传导传导电流的代数和电流的代数和，而与磁化电流无关。，而与磁化电流无关。有磁介质时的有磁介质时的安培环路定理安培环路定理IlMBd)(0IlHd因为因为MBH0 实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。 式中式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质的只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁磁化率化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是，是一个纯数。如

37、果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。置的函数。mm0顺磁质m0抗磁质定义介质磁化率定义介质磁化率mMHMHB00HMmmr1令HB)1 (m0HHBr0相对磁相对磁导率导率磁导率磁导率 值得注意：值得注意： 是为研究介质中的磁场提供方便是为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，而不是反映磁场性质的基本物理量， 才是反映磁场才是反映磁场性质的基本物理量。性质的基本物理量。HB 8-1 恒定电流恒定电流 8-2 磁感应强度磁感应强度 8-3 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 8-4 稳恒磁场的高斯定理与

38、安培环路定理稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理 8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动 8-6 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 8-7 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 8-8 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度*8-9 铁磁质铁磁质 与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：(1)(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。(2)(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态剩磁剩磁(4)(4)具有临界温度具有临界温度Tc c。在。在Tc c以上，铁磁性完全消以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，失而成为顺磁质，Tc