lesson08大学物理光学课程ppt课件.ppt

1、带电粒子在磁场中所受的力,带电粒子在磁场中的运动,霍耳效应,稳恒磁场的性质,高斯定理：,无源场,环路定理：,有旋场,静电场的性质,有源场,无旋场,设导线中每个自由电子以平均速度向右作定向运动，则每个自由电子在洛伦兹力的作用下以圆周运动的方式作侧向漂移，结果在导线的下侧堆积负电荷，上侧堆积正电荷，在上下两侧间形成一横向霍耳电场,这电场阻碍自由电子的侧向漂移，当电场力与洛伦兹力平衡时,一、安培定律,86 磁场对载流导线的作用,电子便不再作侧向漂移，仍以平均速度 向右作定向运动，而晶格中的正离子只受到霍耳电场力的作用。,1,设导线中单位体积的自由电子数为n，它等于导线中单位体积的正离子数。,在电流元

2、 中的正离子数为,这些正离子所受霍耳电场的合力的宏 观效应便是电流元在磁场中所受的安培力,安培定律,2,安培定律的微分形式,安培定律的积分形式,设直导线长为 ，通有电流 ，置于磁感应强度为 的均匀磁场中，导线与 的夹角为 。,3,补例、均匀磁场中任意形状导线所受的作用力,受力大小,方向如图所示,建坐标系取分量,积分,取电流元,4,推论 在均匀磁场中任意形状闭合载流线圈受合力为零,练习：例8-9求半圆导线所受安培力,方向竖直向上,二、磁场对载流线圈的作用,受力情况,两者大小相等，方向相反，且在同一直线上，故对于线圈来说，它们合力矩为零。,F1与F2形成一个力偶,5,两者不在同一条直线上,B,l1

3、,线圈所受磁力矩,引入磁力矩,非稳定平衡,稳定平衡,磁力矩总是使线圈或偶极子转向外 磁场方向，与此类似，电偶极子在 电场中受到力矩使其转向电场方向。,讨论,6,三、电流的单位 平行电流间的相互作用,问题：两平行长直载流导线，相距为 a 求：每单位长度线段所受的作用力。,1、平行载流直导线间的相互作用,方向垂直,同理：,单位长度的受力：,两力大小相等，方向相反：,为吸引力,为排斥力,在I2上取电流元I2dl2,I2dl2处的磁场为：,指向I1,指向I2,结论：,7,讨论：若令a=1m， I1=I2=I,则有：,单位长度上的受力。,电流强度单位的定义：,在真空中，两条无限长平行导线，各通有相 等的

4、稳恒电流，当导线相距一米，每米长度上受 力为210-7N时，各导线上的电流强度为1安培。,8,1. 载流导线在磁场中运动时磁力所作的功,设有一匀强磁场，磁感应强度 的方向垂直于纸面向外，磁场中有一载流的闭合电路 ，电路中的导线 长度为 ，可以沿着 和 滑动。假定当 滑动时，电路中电流 保持不变，按安培定律，载流导线 在磁场中所受的安培力 在纸面上，指向如图所示， 的大小：,四、磁场力的功,9,在 力作用下， 将从初始位置沿着 力的方向移动，当移动到位置 时磁力 所作的功,导线在初始位置 时和在终了位置 时，通过回路的磁通量分别为：,磁力所作的功为：,上式说明当载流导线在磁场中运动时，如果电流保

5、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，也即磁力所作的功等于电流乘以载流导线在移动中所切割的磁感应线数。,10,2.载流线圈在磁场内转动时磁力所作的功,设线圈转过极小的角度 ，使 与 之间的夹角从 增为 ， 磁力矩,所以磁力矩所作的功为:,负号“-”表示磁力矩作正功时将使 减小。,表示线圈转过 后磁通量的增量 。,11,当上述载流线圈从 转到 时，按上式积分后的磁力矩所作的总功为：,与 分别表示线圈在 和 时通过线圈的磁通量。,注意：,恒定磁场不是保守力场，磁力的功不等于磁场能的减少，而且，洛伦兹力是不做功的，磁力所作的功是消耗电源的能量来完成的。,12,磁介质,1

6、、什么是磁介质 能够磁化并且在磁场中能影响原磁场的物质称为磁介质。,2、磁介质的磁化,磁介质在磁场的作用所发生的变化磁介质的磁化 磁感应强度为B 真空中的磁感应强度为B0， 磁介质磁化而产生的附加磁场为B，则：,B 的方向，随磁介质的不同而不同。,87 磁场中的磁介质,总磁感强度,附加磁感强度,外加磁感强度,13,3、磁介质的分类,标准B 与B0方向,顺磁质 B与B0同向，BB0， 如氧、铝、钨、铂、铬等,抗磁质 B 与B0反向，BB0，BB0， 如铁、钴、镍等。 顺磁质和抗磁质又称为弱磁质。,14,反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。,均匀磁化,非均匀磁化,磁化强度：单位体积内所有分子

7、固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁化强度，用 表示。,磁化强度的单位：,88 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度,一、磁化强度,1、磁化强度,15,注意：对顺磁质， 可以忽略； 对抗磁质 ，对于真空， 。,外磁场为零，磁化强度为零。,外磁场不为零:,顺磁质,抗磁质,2、磁化电流,对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。,16,设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为 （磁化电流面密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流强度IS为,17,无磁介质时,有

8、磁介质时,二、有磁介质时的安培环路定理,定义 为磁场强度,18,表明：磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是A/m.,磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。,有磁介质时的安培环路定理,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。,磁化率,19,式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。,相对磁导率,磁导率,值得注意： 是为研究介质中的磁场提供方便而不是

9、反映磁场性质的基本物理量， 才是反映磁场性质的基本物理量。,20,例题8-11 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为 ，单位长度内匝数 ，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的磁导率和相对磁导率分别为 和 。求环内的磁场强度和磁感应强度。,解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为 的圆形回路。,式中 为螺绕环上线圈 的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。,21,当环内是真空时,当环内充满均匀介质时,22,例题8-13 如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导体 0 ）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无

10、限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。,解 （1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以r1为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有,23,（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2 ，则以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有,式中 是该环路所包围的电流部分，由此得,24,由B H，得,（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3 ，以r3 为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得,即,或,25,电介质中的高斯定理,磁介质中的安培环路定理,26,27,电场、磁场中典型结论的比较,28,解：,练习：求一无限长直