高二物理競(jìng)賽磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用課件

第6節(jié)ssss11.6磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用S一磁場(chǎng)對(duì)電流的作用/安培力洛倫茲力

由于自由電子與晶格之間的相互作用，使導(dǎo)線在宏觀上看起來(lái)受到了磁場(chǎng)的作用力.

安培定律

磁場(chǎng)對(duì)電流元的作用力體元sdl上的所有載流子

有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線所受的安培力

安培定律

意義磁場(chǎng)對(duì)電流元作用的力，在數(shù)值上等于電流元的大小、電流元所在處的磁感強(qiáng)度大小以及電流元和磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的夾角的正弦之乘積,垂直于和所組成的平面,且與同向.ABCo根據(jù)對(duì)稱性分析解

例1

如圖一通有電流的閉合回路放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)中，回路平面與磁感強(qiáng)度垂直.回路由直導(dǎo)線AB和半徑為的圓弧導(dǎo)線BCA組成，電流為順時(shí)針?lè)较?求磁場(chǎng)作用于閉合導(dǎo)線的力.例因ACoB故因根據(jù)對(duì)稱性分析解PL解取一段電流元

結(jié)論任意平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力,與其始點(diǎn)和終點(diǎn)相同的載流直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力相同.

例2

求如圖不規(guī)則的平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力，已知和.例

電流單位“安培”的定義兩無(wú)限長(zhǎng)平行載流直導(dǎo)線間的相互作用單位長(zhǎng)度平行載流直導(dǎo)線間的相互作用力

國(guó)際單位制中電流單位---安培的定義

在真空中兩平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距1m

，通有大小相等、方向相同的電流，當(dāng)兩導(dǎo)線每單位長(zhǎng)度上的吸引力為時(shí)，規(guī)定這時(shí)的電流為1A

（安培）.可得電流反向時(shí):相斥單位長(zhǎng)度平行載流直導(dǎo)線間的相互作用力大小:電流同向時(shí):相吸

M,N

O,PMNOPI一磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用如圖均勻磁場(chǎng)中有一矩形載流線圈MNOP線圈有N匝時(shí)MNOPI

M,N

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

I穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡討論1）方向與相同2）方向相反3）方向垂直力矩最大

結(jié)論:均勻磁場(chǎng)中，任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為與

成右螺旋0pqq==穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡

磁矩磁電式電流計(jì)(原理)//磁懸浮列車*

實(shí)驗(yàn)測(cè)定游絲的反抗力矩與線圈轉(zhuǎn)過(guò)的角度成正比.NS磁鐵應(yīng)用舉例磁場(chǎng)與介質(zhì)相互作用11.7磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)一.磁介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和磁化機(jī)理[磁介質(zhì)](magneticmedium)磁場(chǎng)對(duì)處于磁場(chǎng)中的物質(zhì)有作用.一切能夠磁化并反過(guò)來(lái)影響磁場(chǎng)分布的物質(zhì)稱為磁介質(zhì).[磁化](magnetization)磁介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下的變化叫磁化.1.分子圓電流與分子磁矩組成物質(zhì)的分子,原子中的電子一方面繞核作圓周運(yùn)動(dòng),同時(shí)作自旋運(yùn)動(dòng).這兩種運(yùn)動(dòng)都可等效于環(huán)形電流,產(chǎn)生磁效應(yīng).[分子電流]把分子,原子中的電子運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)外界產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和,用一個(gè)等效的圓電流來(lái)表示.分子電流與導(dǎo)體中導(dǎo)電的傳導(dǎo)電流是有區(qū)別的.分子電流只作繞核運(yùn)動(dòng),它們不是自由電子.Ж注意:磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度◆[磁介質(zhì)的分類]介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)r-----介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率無(wú)外磁場(chǎng)順磁質(zhì)的磁化分子圓電流和磁矩有外磁場(chǎng)[磁化機(jī)理]無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng):抗磁質(zhì)的磁化fviB?電子受洛侖茲力形成圓電流,產(chǎn)生附加磁矩,

附加磁場(chǎng)

在外場(chǎng)的作用下,e二磁化強(qiáng)度分子磁矩的矢量和體積元意義

磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.單位:(安/米)

二.磁化電流以螺線管內(nèi)充滿均勻順磁介質(zhì)為例:磁化電流+++++l⊙⊙⊙⊙⊙傳導(dǎo)電流管內(nèi)是均勻順磁介質(zhì)磁化面電流磁化面電流密度(單位長(zhǎng)度上的電流)[磁化面電流]:Is在介質(zhì)表面形成,是束縛電流.順磁質(zhì):鐵磁質(zhì):抗磁質(zhì):與I0反向.Is

與I0同向.Is磁化電流磁化電流與磁化電流密度B0表面形成磁化電流l磁化電流IssjIsl磁化面電流密度內(nèi)部分子電流抵消三.磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系在通電螺線管上取長(zhǎng)dl的一段,即:磁介質(zhì)表面的磁化面電流密度的大小等于該處的磁化強(qiáng)度值.(1)矢量式:磁介質(zhì)表面的外正法向矢量.(2)即:磁介質(zhì)中任一曲面S的磁化面電流強(qiáng)度等于磁化強(qiáng)度沿該曲面邊線L的積分.+++++dl⊙⊙⊙⊙⊙磁化面電流.......+++++++磁化面電流dl由有磁介質(zhì)存在時(shí)的

安培環(huán)路定理令?真空中磁介質(zhì)中磁場(chǎng)強(qiáng)度,單位:A/m四.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度說(shuō)明:(1)

I0

是導(dǎo)線中傳導(dǎo)電流之和,不包括分子電流.(2)

I0

的正負(fù)規(guī)定與真空中該定理的規(guī)定相同.(3)由環(huán)路定理,H的環(huán)流僅由I0決定,但環(huán)路上任一點(diǎn)的H值仍由空間所有電流決定........+++++++磁化面電流dl令(4)當(dāng)磁場(chǎng)中充滿均勻的各向同性磁介質(zhì)時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁介質(zhì)無(wú)關(guān).此時(shí),可由H的環(huán)路定理先求H,后求B.[磁化率]實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)各向χm是無(wú)量綱的量.叫磁化率,它隨磁介質(zhì)的性質(zhì)而異.或:=0r同性非鐵磁質(zhì)=0(1+χm

)說(shuō)明:(1)

I0

是導(dǎo)線中傳導(dǎo)電流之和,不包括分子電流.(2)

I0

的正負(fù)規(guī)定與真空中該定理的規(guī)定相同.(3)由環(huán)路定理,H的環(huán)流僅由I0決定,但環(huán)路上任一點(diǎn)的H值仍由空間所有電流決定.(4)當(dāng)磁場(chǎng)中充滿均勻的各向同性磁介質(zhì)時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁介質(zhì)無(wú)關(guān).此時(shí),可由H的環(huán)路定理先求H,后求B.磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率

靜電場(chǎng)與靜磁場(chǎng)的比較靜電場(chǎng)靜磁場(chǎng)（穩(wěn)恒磁場(chǎng)）物理量高斯定理環(huán)路定理性質(zhì)方程1.鐵磁質(zhì)的一般特性(1)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)B>>B0.(2)磁導(dǎo)率不是恒量,一般有

=(H),高值.

放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)102--104倍。五鐵磁質(zhì)（3）磁滯

有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。外場(chǎng)撤除后,仍有剩磁存在.2.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制鐵磁質(zhì)內(nèi)部存在著分區(qū)自發(fā)磁化的小區(qū)域.B（1）磁疇（2）.磁化機(jī)制鐵磁質(zhì)磁化微觀機(jī)制用金相顯微鏡觀察到拋光鋼材樣品表面上鐵粉在磁疇邊界上聚集.鐵磁質(zhì)的磁化微觀機(jī)制磁疇鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化小區(qū)域(由電子自旋磁矩引起)用偏振光顯微鏡觀察到的石榴石單晶磁性薄膜的迷宮式磁疇.續(xù)14鐵磁質(zhì)的磁化微觀機(jī)制（續(xù)）H0HHHH

各磁疇磁化方向混亂，整體不顯磁性.疇壁運(yùn)動(dòng)

磁疇的自發(fā)磁化方向與外場(chǎng)方向相同或相近的磁疇體積擴(kuò)大,反之縮小.磁疇壁發(fā)生運(yùn)動(dòng).磁疇轉(zhuǎn)向

磁疇的自發(fā)磁化方向轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向.飽和

全部磁疇方向均轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向.磁滯現(xiàn)象及剩磁,是因磁化時(shí)磁疇相互摩擦發(fā)熱,使過(guò)程不可逆.imaxHBO順磁質(zhì)抗磁質(zhì)Bm鐵磁質(zhì)?M?

N?Pμ0OH3.磁化曲線對(duì)鐵磁質(zhì)，隨外磁場(chǎng)H變化而變化.即:B=H

中不是常量.B與H非線性.鐵磁質(zhì):i

max

剩磁、磁飽和磁滯現(xiàn)象鐵磁質(zhì)的磁滯現(xiàn)象鐵磁質(zhì)磁化的磁滯現(xiàn)象動(dòng)畫示意IBH鐵磁質(zhì)霍耳器件探頭螺線環(huán)0-+高斯計(jì)測(cè)B電流計(jì)測(cè)IHI()80-+飽和剩磁矯頑力磁滯回線HOBsB飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度剩磁BrHc矯頑力磁滯回線IBH鐵磁質(zhì)霍耳器件探頭螺線環(huán)0高斯計(jì)測(cè)B+電流計(jì)測(cè)IH8I()0+實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)圖常見(jiàn)的鐵磁材料三類常見(jiàn)的鐵磁材料及其磁滯回線形態(tài)HBOHBOHBO軟磁材料硬磁材料矩磁材料矯頑力小,易充退磁.如純鐵硅鋼等.用于電機(jī)變壓器繼電器等的鐵芯.矯頑力大,剩磁也大.如錳鎂鐵氧體等用于電磁儀表?yè)P(yáng)聲器等的永久磁鐵.剩磁值接近飽和值.如碳鋼鋇鐵氧體等.兩剩磁態(tài)可控翻轉(zhuǎn),用于計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存元件.鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)鐵磁質(zhì)被加熱達(dá)到某一臨界溫度時(shí),