高二物理競賽有磁介質時的安培環(huán)路定理磁場強度課件

第八章恒定電流的磁場§8.1電流§8.3畢奧—薩伐爾定律及其應用§8.2磁場磁感應強度§8.4磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理§8.5磁場對電流的作用§8.6磁場對運動電荷的作用§8.7磁介質及其磁化特性§8.8有磁介質時的安培環(huán)路定理磁場強度一、磁介質1、什么是磁介質能夠磁化的物質稱作磁介質。2、磁介質的磁化磁介質在磁場的作用所發(fā)生的變化——磁介質的磁化真空中的磁感應強度為B0，磁介質磁化而產生的附加磁場為B'，磁感應強度為B，則B'

的方向，隨磁介質的不同而不同?！?-7

磁介質及其磁化規(guī)律磁介質的相對磁導率：磁介質的磁導率：3、磁介質的分類標準——B'與B0方向順磁質B'與B0同向，B>B0，如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等抗磁質B'與B0反向，B<B0，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。超導體——理想的抗磁體。鐵磁質B'與B0同向，B>B0，B>>B0，如鐵、鈷、鎳等。順磁質和抗磁質又稱為弱磁質。在物質的分子中電子繞原子核作軌道運動——軌道磁矩；電子有自旋——自旋磁矩。分子內所有電子的全部磁矩的矢量和，稱為分子的固有磁矩——分子磁矩。分子磁矩可以用一個等效的圓電流來表示。二、磁介質的磁化1、分子電流和分子磁矩2、順磁質磁化機理——來自分子的固有磁矩無外磁場：分子的無規(guī)則熱運動分子磁矩取向混亂物質并不顯磁性——未磁化狀態(tài)加外磁場：分子固有磁矩受外磁場的作用分子磁矩沿外磁場方向排列產生附加的磁場3、抗磁質磁化機理——電子軌道在外磁場作用下發(fā)生變化無外磁場：分子中每個電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和不為零，但分子的固有磁矩等于零，所以不顯磁性。加外磁場：分子中電子的軌道運動將受到影響——引起與外磁場的方向相反的附加的軌道磁矩——出現(xiàn)與外磁場方向相反的附加磁場——磁感應強度比外磁場的度要略小一點。三、鐵磁質磁化規(guī)律及其微觀解釋1.鐵磁質的特性：(1)在外磁場作用下能產生很強的磁感應強度；(2)當外磁場停止作用時，仍能保持其磁化狀態(tài)；(3)B與H之間不是簡單的線性關系；(4)鐵磁質都有一臨界溫度。在此溫度之上，鐵磁性完全消失而成為順磁質——居里溫度或居里點。鐵——10430C鎳——6300C鈷——13900C鐵磁質的起因可以用“磁疇”理論來解釋。2、磁疇概念：鐵磁質內的電子之間因自旋引起的相互作用非常強烈，在鐵磁質內部形成了一些微小區(qū)域，叫做磁疇。每一個磁疇中，各個電子的自旋磁矩排列得很整齊。磁疇大小約為1017－1021個原子。磁疇的顯示：磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消，能量最低，不顯磁性。顯示磁疇結構的鐵粉圖形純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質的磁疇3、磁化曲線裝置：環(huán)形螺繞環(huán)實驗測量B。原理:勵磁電流I；用安培定理得H磁化曲線：鐵磁質m

很大，且隨外磁場而變化，B與H之間為非線性關系。oHBABCS初始磁化曲線：O→M，H增加，B增加M→N，H變大，B急劇增大，N→P，H增加，B增加，增加十分緩慢P，H增加，B到飽和狀態(tài)當全部磁疇都沿外磁場方向時，鐵磁質的磁化就達到飽和狀態(tài)。飽和磁化強度MS等于每個磁疇中原來的磁化強度，該值很大，這就是鐵磁質磁性r大的原因。磁化曲線的重要根據(jù)B~H之間的關系，若已知一個量可求出另一個量。在設計電磁鐵，變壓器以及一些電氣設備時，磁化曲線是很重要的實驗依據(jù)。HBOMNB~HPB的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯剩磁Br：當磁場強度減小到零時，磁感應強度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值Br

，Br叫做剩余磁感應強度，簡稱剩磁。飽和磁感應強度BS：所有磁疇都與外場方向一致。相應的磁場強度稱為飽和磁場強度，磁感應強度稱為飽和磁感應強度。矯頑力HC：當H=-Hc時，鐵磁質的剩磁就消失了，鐵磁質不顯磁性。通常把Hc叫做矯頑力。4、磁滯回線鐵磁質在交變電流的勵磁下反復磁化使其溫度升高的，要損失能量，稱為磁滯損耗，磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。磁滯現(xiàn)象是由于摻雜和內應力等的作用，當撤掉外磁場時磁疇的疇壁很難恢復到原來的形狀，而表現(xiàn)出來。5、鐵磁性材料軟磁材料：

特點：相對磁導率和飽和B一般都較大，但矯頑力小，磁滯回線的面積窄而長，損耗小。易磁化、易退磁。例子：如純鐵，硅鋼坡莫合金，鐵氧體等。應用：適宜制造電磁鐵、變壓器、交流發(fā)電機、繼電器、電機、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒等。a、金屬磁性材料BHo硬磁材料：特點：剩磁和矯頑力比較大，磁滯回線所圍的面積大，磁滯損耗大，磁滯特性非常顯著例子：鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金等。應用：適合作永久磁鐵，磁電式電表中的永磁鐵，耳機中的永久磁鐵，永磁揚聲器。鐵氧體，又叫鐵淦氧，是由三氧化二鐵和其它二價的金屬氧化物的粉末混合燒結而成，常稱為磁性瓷。如錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等b、非金屬磁性材料——矩磁材料：特點：Br=BS

，Hc不大，磁滯回線是矩形。用途：用于記憶元件，當+脈沖產生H>HC使磁芯呈+B態(tài)，則–脈沖產生H<–HC使磁芯呈–B態(tài)，可做為二進制的兩個態(tài)。BHoBHo8-8磁介質中的安培環(huán)路定理磁場強度一、磁介質中的安培環(huán)路定律1、問題：長直螺線管管中充滿各向同性的均勻磁介質線圈中的電流為I計算螺線管內磁介質中的磁感應強度。取閉合回路ABCDA分布電流傳導電流2、分布電流（磁化電流）

磁化電流：在磁介質內的任意位置上，成對的方向相反的分子電流互相抵消，僅在磁介質的邊緣處形成了大的環(huán)形電流，此電流稱為磁化電流。3、磁介質中的安培環(huán)路定律磁介質中的安培環(huán)路定理：磁場強度沿任何閉合回路的線積分，等于通過該回路所包圍的傳導電流的代數(shù)和。磁場強度4、說明磁場強度是一個輔助物理量。單位：A·m-1

環(huán)流只與穿過閉合回路的傳導電流有關，而與磁化電流無關。二、安培環(huán)路定律的應用計算有磁介質存在時的磁感應強度B求出磁場強度H后由B=μH求磁感應強度B

。例1、長直螺旋管內充滿均勻磁介質(μr)，設勵磁電