高二物理竞赛磁场对载流线圈的作用课件

第6节ssss11.6磁场对载流线圈的作用S一磁场对电流的作用/安培力洛伦兹力

由于自由电子与晶格之间的相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力.

安培定律

磁场对电流元的作用力体元sdl上的所有载流子

有限长载流导线所受的安培力

安培定律

意义磁场对电流元作用的力，在数值上等于电流元的大小、电流元所在处的磁感强度大小以及电流元和磁感应强度之间的夹角的正弦之乘积,垂直于和所组成的平面,且与同向.ABCo根据对称性分析解

例1

如图一通有电流的闭合回路放在磁感应强度为的均匀磁场中，回路平面与磁感强度垂直.回路由直导线AB和半径为的圆弧导线BCA组成，电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合导线的力.例因ACoB故因根据对称性分析解PL解取一段电流元

结论任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力,与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.

例2

求如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知和.例

电流单位“安培”的定义两无限长平行载流直导线间的相互作用单位长度平行载流直导线间的相互作用力

国际单位制中电流单位---安培的定义

在真空中两平行长直导线相距1m

，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为时，规定这时的电流为1A

（安培）.可得电流反向时:相斥单位长度平行载流直导线间的相互作用力大小:电流同向时:相吸

M,N

O,PMNOPI一磁场对载流线圈的作用如图均匀磁场中有一矩形载流线圈MNOP线圈有N匝时MNOPI

M,N

O,PIB.....................IBB++++++++++++++++++++++++

I稳定平衡不稳定平衡讨论1）方向与相同2）方向相反3）方向垂直力矩最大

结论:均匀磁场中，任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为与

成右螺旋0pqq==稳定平衡非稳定平衡

磁矩磁电式电流计(原理)//磁悬浮列车*

实验测定游丝的反抗力矩与线圈转过的角度成正比.NS磁铁应用举例磁场与介质相互作用11.7磁场中的磁介质一.磁介质的微观结构和磁化机理[磁介质](magneticmedium)磁场对处于磁场中的物质有作用.一切能够磁化并反过来影响磁场分布的物质称为磁介质.[磁化](magnetization)磁介质在磁场作用下的变化叫磁化.1.分子圆电流与分子磁矩组成物质的分子,原子中的电子一方面绕核作圆周运动,同时作自旋运动.这两种运动都可等效于环形电流,产生磁效应.[分子电流]把分子,原子中的电子运动时对外界产生磁效应的总和,用一个等效的圆电流来表示.分子电流与导体中导电的传导电流是有区别的.分子电流只作绕核运动,它们不是自由电子.Ж注意:磁介质磁化强度◆[磁介质的分类]介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度

磁介质中的总磁感强度顺磁质抗磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质r-----介质的相对磁导率无外磁场顺磁质的磁化分子圆电流和磁矩有外磁场[磁化机理]无外磁场时抗磁质分子磁矩为零抗磁质内磁场:抗磁质的磁化fviB•电子受洛仑兹力形成圆电流,产生附加磁矩,

附加磁场

在外场的作用下,e二磁化强度分子磁矩的矢量和体积元意义

磁介质中单位体积内分子的合磁矩.单位:(安/米)

二.磁化电流以螺线管内充满均匀顺磁介质为例:磁化电流+++++l⊙⊙⊙⊙⊙传导电流管内是均匀顺磁介质磁化面电流磁化面电流密度(单位长度上的电流)[磁化面电流]:Is在介质表面形成,是束缚电流.顺磁质:铁磁质:抗磁质:与I0反向.Is

与I0同向.Is磁化电流磁化电流与磁化电流密度B0表面形成磁化电流l磁化电流IssjIsl磁化面电流密度内部分子电流抵消三.磁化强度与磁化电流的关系在通电螺线管上取长dl的一段,即:磁介质表面的磁化面电流密度的大小等于该处的磁化强度值.(1)矢量式:磁介质表面的外正法向矢量.(2)即:磁介质中任一曲面S的磁化面电流强度等于磁化强度沿该曲面边线L的积分.+++++dl⊙⊙⊙⊙⊙磁化面电流.......+++++++磁化面电流dl由有磁介质存在时的

安培环路定理令?真空中磁介质中磁场强度,单位:A/m四.磁介质中的安培环路定理磁场强度说明:(1)

I0

是导线中传导电流之和,不包括分子电流.(2)

I0

的正负规定与真空中该定理的规定相同.(3)由环路定理,H的环流仅由I0决定,但环路上任一点的H值仍由空间所有电流决定........+++++++磁化面电流dl令(4)当磁场中充满均匀的各向同性磁介质时,磁场强度与磁介质无关.此时,可由H的环路定理先求H,后求B.[磁化率]实验表明:对各向χm是无量纲的量.叫磁化率,它随磁介质的性质而异.或:=0r同性非铁磁质=0(1+χm

)说明:(1)

I0

是导线中传导电流之和,不包括分子电流.(2)

I0

的正负规定与真空中该定理的规定相同.(3)由环路定理,H的环流仅由I0决定,但环路上任一点的H值仍由空间所有电流决定.(4)当磁场中充满均匀的各向同性磁介质时,磁场强度与磁介质无关.此时,可由H的环路定理先求H,后求B.磁导率相对磁导率

静电场与静磁场的比较静电场静磁场（稳恒磁场）物理量高斯定理环路定理性质方程1.铁磁质的一般特性(1)在外磁场的作用下产生的附加磁场B>>B0.(2)磁导率不是恒量,一般有

=(H),高值.

放入线圈中时可以使磁场增强102--104倍。五铁磁质（3）磁滞

有剩磁、磁饱和及磁滞现象。外场撤除后,仍有剩磁存在.2.铁磁质的磁化机制铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域.B（1）磁畴（2）.磁化机制铁磁质磁化微观机制用金相显微镜观察到抛光钢材样品表面上铁粉在磁畴边界上聚集.铁磁质的磁化微观机制磁畴铁磁质的自发磁化小区域(由电子自旋磁矩引起)用偏振光显微镜观察到的石榴石单晶磁性薄膜的迷宫式磁畴.续14铁磁质的磁化微观机制（续）H0HHHH

各磁畴磁化方向混乱，整体不显磁性.畴壁运动

磁畴的自发磁化方向与外场方向相同或相近的磁畴体积扩大,反之缩小.磁畴壁发生运动.磁畴转向

磁畴的自发磁化方向转向外场方向.饱和

全部磁畴方向均转向外场方向.磁滞现象及剩磁,是因磁化时磁畴相互摩擦发热,使过程不可逆.imaxHBO顺磁质抗磁质Bm铁磁质•M•

N•Pμ0OH3.磁化曲线对铁磁质，随外磁场H变化而变化.即:B=H

中不是常量.B与H非线性.铁磁质:i

max

剩磁、磁饱和磁滞现象铁磁质的磁滞现象铁磁质磁化的磁滞现象动画示意IBH铁磁质霍耳器件探头螺线环0-+高斯计测B电流计测IHI()80-+饱和剩磁矫顽力磁滞回线HOBsB饱和磁感应强度剩磁BrHc矫顽力磁滞回线IBH铁磁质霍耳器件探头螺线环0高斯计测B+电流计测IH8I()0+实验电路简图常见的铁磁材料三类常见的铁磁材料及其磁滞回线形态HBOHBOHBO软磁材料硬磁材料矩磁材料矫顽力小,易充退磁.如纯铁硅钢等.用于电机变压器继电器等的铁芯.矫顽力大,剩磁也大.如锰镁铁氧体等用于电磁仪表扬声器等的永久磁铁.剩磁值接近饱和值.如碳钢钡铁氧体等.两剩磁态可控翻转,用于计算机儲存元件.铁磁质的居里点铁磁质的居里点铁磁质被加热达到某一临界温度时,