圓電流回路的磁矩方向課件

1、9.1.1 電流密度矢量-9.1 電流密度矢量 歐姆定律 電動(dòng)勢（1）導(dǎo)體內(nèi)有可移動(dòng)的自由電荷。（2）導(dǎo)體內(nèi)要維持一個(gè)電場。形成電流的條件：電流強(qiáng)度（標(biāo)量）單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體任一截面的電量。 電流在不均勻?qū)w或大塊導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí),導(dǎo)體中各點(diǎn)電流的分布不均勻。電流強(qiáng)度的描述不再適用。電流的方向：正電荷流動(dòng)的方向電流密度矢量電流密度矢量導(dǎo)體中任一有限截面的電流強(qiáng)度與電流密度的關(guān)系為單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于電流方向單位面積的電量該點(diǎn)電流的方向方向：9.1.2 電流的恒定條件在電流場中可以用電流線來描述電流場的分布，每點(diǎn)切線方向?yàn)?電流線根數(shù) 單位時(shí)間從閉合面向外流出的電荷量等于單位時(shí)間閉合面內(nèi)電荷量的減少

2、電荷守恒導(dǎo)體中各點(diǎn)的電流密度的大小和方向不隨時(shí)間變化。穩(wěn)恒電流：穩(wěn)恒電流條件 單位時(shí)間從閉合面向外流出的電荷量等于單位時(shí)間流進(jìn)閉合面的電荷量。穩(wěn)恒電流電荷分布不隨時(shí)間變化穩(wěn)恒電場9.1.3 歐姆定律的微分形式一段均勻電路的 歐姆定律歐姆定律的微分形式普遍適用于穩(wěn)恒電場和變化電場。表明任一點(diǎn)處電流密度與電場強(qiáng)度之間點(diǎn)點(diǎn)對應(yīng)的關(guān)系。歐姆定律的微分形式9.1.4 電動(dòng)勢1. 非靜電力2. 電源提供非靜電力的裝置叫電源 (化學(xué)電池、溫差電偶、 光電源、發(fā)電機(jī))3. 電動(dòng)勢: 電源轉(zhuǎn)化能量的能力 定義：單位正電荷經(jīng)電源內(nèi)部從負(fù)極移到正極，非靜電力所作的功。+ + + +-+9.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度 畢奧-薩伐

3、爾定律9.2.1 基本磁現(xiàn)象1、磁鐵 磁鐵 SNSNSN2、電流 磁鐵兩平行載流導(dǎo)線間有相互作用力3、電流 電流 安培分子電流假說物質(zhì)磁性的本質(zhì)是在磁性物質(zhì)分子中，由于電子繞原子核的旋轉(zhuǎn)和 電子本身的自轉(zhuǎn)，存在著分子電流。運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷磁場磁效應(yīng)的根源: 電流或電荷的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場BqFmaxvv B, FmaxBvqv / B, F=0大小 特斯拉(T) 9.2.2 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B的方向電荷不受磁場力磁力線：任意一點(diǎn)切線的方向就是這一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度 的方向，磁力線的疏密反映磁場的強(qiáng)弱。 特點(diǎn)：（1）磁力線不相交（2）磁力線是無頭無 尾的閉合曲線II磁場中的高斯定理描述磁場是無源

4、場通過有限曲面 S 的磁通量為9.2.3 畢奧薩伐爾定律在SI制中矢量式：PI真空中的磁導(dǎo)率o例1 設(shè)有一段載有電流 I 的直導(dǎo)線如圖所示，試計(jì)算距導(dǎo)線a 處 P 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 。討論：I例2 圓電流軸線上一點(diǎn)的磁場 有一半徑為 R ，通電流為 I 的細(xì)導(dǎo)線圓環(huán)，求其軸線上距圓心 O 為 x 處的P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。方向：沿 x 軸正方向，與電流成右螺旋關(guān)系。討論：（3）一段圓弧形載流導(dǎo)線在圓心處產(chǎn)生的磁感 應(yīng)強(qiáng)度為 定義：圓電流回路的磁矩方向：右螺旋法則。 如果電流回路為N 匝線圈，則載流線圈的總磁矩為S為線圈所圍的面積S不限于圓形線圈 例3 載流密繞直螺線管內(nèi)部軸線上的磁場 設(shè)有一密繞直螺

5、線管。半徑為 R ，通電流 I。單位長度繞有n 匝線圈，試求管內(nèi)部軸線上一點(diǎn) P 處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。9.2.4 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場每個(gè)粒子9.3 恒定磁場的基本性質(zhì)9.3.1 磁場的高斯定理磁通量磁場高斯定理磁場是一個(gè)無源場 在真空中的磁場中，沿任何閉合路徑 L 一周的 矢量的線積分（即 的環(huán)流），等于閉合路徑內(nèi)所包圍并穿過的電流的代數(shù)和的 倍，而與路徑的形狀大小無關(guān)。式中I的正負(fù)規(guī)定如下：當(dāng)I的方向與回路L的繞行方向服從右手螺旋時(shí)，I0;反之，I0。9.3.2 安培環(huán)路定理（1）磁場兩大基本性質(zhì)之一， 磁場是無源有旋場。 （2）（L 上的 ）并非僅由 L 內(nèi)包圍的電流所產(chǎn)生，由內(nèi)外電流共同產(chǎn)生；說

6、明：當(dāng)電流分布具有對稱性時(shí)（無限長、無限大等），求磁場分布。安培環(huán)路定理應(yīng)用： 例1 無限長載流圓柱形導(dǎo)體的磁場分布 設(shè)真空中有一無限長載流圓柱體，圓柱半徑為 R ，圓柱橫截面上均勻地通有電流 I ，沿軸線流動(dòng)。求磁場分布。 例2 長直載流螺線管內(nèi)的磁場分布 設(shè)此長直螺線管可視為無限長密繞螺線管，線圈中通電流 I ，單位長密繞 n 匝線圈，求管內(nèi)磁場分布。 例3 載流螺繞環(huán)的磁場分布 環(huán)形螺線管稱為螺繞環(huán)。設(shè)螺繞環(huán)軸線半徑為R，環(huán)上均勻密繞 N 匝線圈，通有電流 I。求環(huán)內(nèi)磁場分布。9.4 磁場對載流導(dǎo)線的作用電流元在外磁場所受的安培力為任意形狀的載流導(dǎo)線9.4.1 安培定律例1 直導(dǎo)線長L，

7、通有電流I，置于均勻外磁場B中，求直導(dǎo)線所受作用力。例2 勻強(qiáng)磁場中放有一段半圓形導(dǎo)線，其上載有電流I，磁場與導(dǎo)線平面垂直，求磁場作用在導(dǎo)線上的力。兩導(dǎo)線 單位長度受力：9.4.2 兩無很長平行載流直導(dǎo)線間的相互作用力 在SI制中，利用上式定義電流強(qiáng)度的單位安培： 在真空中相距1 m 的兩條無限長平行直導(dǎo)線，各通以相同的電流，當(dāng)導(dǎo)線上每米長度受力恰為 牛頓（N） 時(shí)，導(dǎo)線上的電流強(qiáng)度各為 1安培（A）。9.4.3 矩形載流線圈在均勻磁場中所受的力矩在勻強(qiáng)磁場中的載流線圈 線圈平面與磁場夾角為，則線圈法線方向與磁場 的夾角為對 ad 、bc 邊：大小相等，方向相反，在同一直線上，兩力抵消。對 a

8、b 、cd 邊：大小相等，方向相反，不在同一直線上，形成一力偶。則磁場對線圈作用的力矩大小為若線圈有N匝，因?yàn)榫€圈的磁矩為所以線圈所受力矩的矢量式為討論：1、力矩使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)，直到Pm與B的方向一致。2、在均勻磁場中，平面載流線圈只受力矩的作用。3、在非均勻外磁場中，既受力，也受力矩的作用。4、上式適用于任何形狀的平面載流線圈。磁場對載流線圈的作用力原理是制造各種直流 電機(jī)、動(dòng)圈式電壓電流表的基本原理NSI9.5 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)9.5.1 洛倫茲力電流元在外磁場所受的安培力為1、如果q是負(fù)電荷，3、空間同時(shí)存在電場，磁場討論：9.5.2 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng) 設(shè)一質(zhì)量為 m ，電量為

9、q 的帶電粒子以初速 進(jìn)入均勻磁場 ，忽略重力，（1） （2）由牛頓定律：得軌道半徑為運(yùn)動(dòng)周期為（3）勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速率圓周運(yùn)動(dòng)螺旋線運(yùn)動(dòng)螺旋線半徑為螺旋周期為螺旋線的螺距為磁透鏡電子槍陰極陽極控制極 由陰極射出的電子束，在 G、A 電壓的作用下，會(huì)聚于 P 點(diǎn)（相當(dāng)物點(diǎn)）。受庫侖 排斥力的作用而發(fā)散：磁鏡因?yàn)?它們在非均勻磁場中受洛倫茲力恒有一指向磁 場較弱方向的分量阻礙其繼續(xù)前進(jìn)，就象遇到反射鏡一樣。這種強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)的會(huì)聚磁場稱為磁鏡。(用于熱核反應(yīng)的磁約束，溫度107 109k）所以9.5.3 霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體達(dá)穩(wěn)定態(tài) 設(shè)載流子密度為 n，漂移速度為 v ，則應(yīng)用（1）判斷半導(dǎo)

10、體上N型（電子型）還是P型 （空穴型）。 （2）磁強(qiáng)計(jì)（高斯計(jì)）測量磁場的大小和方向。 （3）磁流體發(fā)電。9.5.4 質(zhì)譜儀的基本原理狹縫離子源狹縫R應(yīng)用：1、測荷質(zhì)比。 2、測同位素含量。狹縫離子源狹縫R 設(shè)真空中：外磁場當(dāng)螺線管內(nèi)充滿磁介質(zhì)，并通以相同電流 I 時(shí)附加磁場長直螺線管內(nèi)的磁場為實(shí)驗(yàn)9.6 磁介質(zhì) 凡處于磁場中能與磁場發(fā)生相互作用的實(shí)物物質(zhì)均可稱為磁介質(zhì)。9.6.1 磁介質(zhì)的磁化分類分子磁矩 = 電子軌道磁矩和電子自 旋磁矩的矢量和分子電流 分子磁矩固有磁矩+-+-分子附加磁矩在外磁場中，磁介質(zhì)分子中每個(gè)運(yùn)動(dòng)電子都要產(chǎn)生與外磁場 方向相反的附加磁矩 -分子的抗磁效應(yīng) 分子附加磁

11、矩：分子中所有運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生的附加磁矩的矢量和就是整個(gè)分子在外磁場中的附加磁矩，即 每個(gè)分子的固有磁矩分子 熱運(yùn)動(dòng)順磁質(zhì)不顯磁性取向磁化抗磁效應(yīng)順磁效應(yīng)順磁效應(yīng)占主導(dǎo)地位 每個(gè)分子的固有磁矩抗磁質(zhì)不顯磁性抗磁效應(yīng)無順磁效應(yīng)磁化強(qiáng)度矢量與磁化電流磁化強(qiáng)度矢量定量描述磁介質(zhì)磁化強(qiáng)弱及方向的物理量順磁質(zhì)抗磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)磁化電流 （1）磁化電流是分子內(nèi)電荷運(yùn)動(dòng)一段段接合而成，稱為束縛電流。 （2）束縛電流在磁效應(yīng)方面與傳導(dǎo)電流相當(dāng)。 （3）不存在熱效應(yīng)。 磁化強(qiáng)度在閉合回路上的環(huán)流，等于穿過閉合回路所包圍面積的磁化面電流的代數(shù)和。(普遍適用）磁化強(qiáng)度與磁化電流的聯(lián)系磁場中任一點(diǎn) ，應(yīng)為傳導(dǎo)電流和磁化電

12、流共同產(chǎn)生。磁場中安培環(huán)路定理為改寫為9.6.2 有磁介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理 磁場強(qiáng)度矢量磁場強(qiáng)度矢量：有介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理為或各向同性磁介質(zhì)9.6.3 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì):鐵、鈷、鎳等金屬及其合金稱為鐵磁質(zhì)。能產(chǎn)生非常大的附加磁場。磁感應(yīng)強(qiáng)度 和磁場強(qiáng)度 不是線性關(guān)系，磁滯現(xiàn)象： 的變化落后于 的變化。當(dāng) 時(shí)，有剩磁現(xiàn)象。臨界溫度：各種鐵磁質(zhì)各有一臨界溫度 稱為居里點(diǎn)，當(dāng) 時(shí)，失去鐵磁性，成為順磁質(zhì)。磁化規(guī)律 磁滯回線 實(shí)驗(yàn)：以鐵磁質(zhì)為芯制成螺繞環(huán)，線圈中通以電流 I ，設(shè)螺繞環(huán)單位長度匝數(shù)為 n，則由安培環(huán)路定理得（一）磁導(dǎo)率曲線逐漸改變 I，測出相應(yīng)的 H 值和 B 值，并由 算出相應(yīng)的磁導(dǎo)率，畫出 曲線磁導(dǎo)率曲線。（1） 為起始磁化曲線（不可逆）（2） 剩磁（3） 矯頑力 （4） （二）磁滯回線（5） 形成閉合曲線 磁滯回線表明：鐵磁質(zhì)中 B 與 H 的關(guān)系不是線性的，也不是單值的。軟磁材料矯頑力很小，磁滯回線比較瘦小，磁滯損耗較小的材料（硅鋼、坡莫合金、純鐵等）。硬磁材料矯頑力較大，磁滯回線胖而大，剩磁也大的材料（碳鋼、鎢鋼等）（三）軟磁材料和硬磁材料磁疇（固體結(jié)構(gòu)理論）未加外磁場（一）磁疇 鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子間存在很強(qiáng)的“交換作用”