大學(xué)物理磁學(xué)2課件

-薩伐爾定律：I電流元r運(yùn)動(dòng)電荷的磁感應(yīng)強(qiáng)度r-d+oPAB1、無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線3、直線電流延長(zhǎng)線上的點(diǎn)B=02、半無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線討論:(1)圓心處(2)遠(yuǎn)離圓心處xyθxdBxθ(3)半圓環(huán)電流I在圓心處的B？1/4圓環(huán)時(shí)圓心處的B？N度圓環(huán)圓心處的B？說(shuō)明：1、安培環(huán)路定理表達(dá)式中的電流強(qiáng)度是指閉合曲線所包圍，并穿過(guò)的電流強(qiáng)度，不包括閉合曲線以外的電流。2、安培環(huán)路定理表達(dá)式中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是閉合曲線內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。3、電流的符號(hào)規(guī)定：

當(dāng)電流方向與積分路徑的繞行方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系時(shí)電流為正，反之為負(fù)。I1I2I3I4思考：I1I2I3I4IIII無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線驗(yàn)證安培環(huán)路定理：dr（1）電流垂直穿過(guò)環(huán)路所圍平面（3）電流不垂直穿過(guò)環(huán)路平面II（4）電流在環(huán)路之外rdrBdl′結(jié)論：電流在環(huán)路之外說(shuō)明:回路外電流只影響B(tài)而不會(huì)影響它沿閉合回路的積分IrdrBdl′二、安培環(huán)路定理的應(yīng)用1、長(zhǎng)直螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度cabd選l（如圖所示矩形abcd）由安培環(huán)路定理穿過(guò)矩形環(huán)路的電流強(qiáng)度：安培環(huán)路定理：cabd設(shè)：n為單位長(zhǎng)度匝數(shù)2、螺線環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度·············r由安培環(huán)路定理選l（如圖所示圓環(huán)）RIRrBRIrr例5無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱面的磁場(chǎng)解求：空腔內(nèi)任意點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度解：已知：半徑為a的無(wú)限長(zhǎng)直均勻載流圓柱體內(nèi)有一半經(jīng)為b的長(zhǎng)圓柱空腔,給此導(dǎo)體通以電流IoabIo’圓柱內(nèi)的磁場(chǎng)(r<R)選l（如圖所示圓環(huán)）o’P.or4、無(wú)限大薄導(dǎo)體板均勻通過(guò)電流的磁場(chǎng)分布PL設(shè)：電流密度為結(jié)論：兩側(cè)為均勻磁場(chǎng)，與離板的距離無(wú)關(guān)o由安培環(huán)路定理由電流分布分析磁場(chǎng)可得B與板表面平行選l（如圖所示矩形abcd）dcba§8－5帶電粒子在磁場(chǎng)中所受作用及運(yùn)動(dòng)+一、洛侖茲力說(shuō)明：1、洛侖茲力F的方向垂直于v和B所確定的平面。2、洛侖茲力F不能改變帶電粒子速度v的大小，只能改變其運(yùn)動(dòng)方向。二、帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1、運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行=0F=0+結(jié)論：

帶電粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)。3、運(yùn)動(dòng)方向沿任意方向V2使帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)V1使帶電粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)半徑：周期：螺距：結(jié)論：螺旋運(yùn)動(dòng)h+討論：若帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速具有相近速率，且與磁場(chǎng)夾角很小時(shí)螺距：h結(jié)論：帶電粒子會(huì)聚于一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)磁聚焦

四、帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用1、速度選擇器FmFe+v+++++++++++++--------------V

回旋加速器是原子核物理、高能物理等實(shí)驗(yàn)研究的一種基本設(shè)備。通過(guò)半圓盒的時(shí)間：振蕩器的周期：頻率：粒子動(dòng)能：V半徑：當(dāng)加速到v很大時(shí)考慮相對(duì)論效應(yīng)振蕩器的周期：3、質(zhì)譜儀

質(zhì)譜儀是研究物質(zhì)同位素的儀器。RN：為粒子源P：為速度選擇器+-PNbd

1879年，霍耳（E.H.Hall）發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中時(shí)，如果磁場(chǎng)方向與電流方向垂直，則在與磁場(chǎng)和電流兩者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差。這一現(xiàn)象稱為“霍耳效應(yīng)”，這電勢(shì)差稱為“霍耳電勢(shì)差”。+++++++++++++++-------------------

V1V2II（RH稱為霍耳系數(shù)）

五、霍耳效應(yīng)xyzdbII+++++++++++++----------------

V1V2

U-v動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：令：RH稱為“霍耳系數(shù)”

霍耳系數(shù)RH與電荷密度n成反比。在金屬中，由于電荷密度很大，因此霍耳系數(shù)很小，相應(yīng)霍耳效應(yīng)也很弱。而在一般半導(dǎo)體中，電荷密度n較小，因此霍耳效應(yīng)也較明顯。------------------++++++++++++++++

V1V2II+++++++++++++++-------------------

V1V2II1、判斷下列半導(dǎo)體類型P型半導(dǎo)體（定向運(yùn)動(dòng)的電荷為正電荷）N型半導(dǎo)體（定向運(yùn)動(dòng)的電荷為負(fù)電荷）霍耳效應(yīng)的應(yīng)用+2、測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度3、測(cè)n4、磁流體發(fā)電+++++++++++++++-------------------

V1V2U+-等離子體SI一、安培定律設(shè)：離子數(shù)密度n電流元截面積S電流元中的電子數(shù)nSdl作用在電流元上的作用力：洛侖茲力：-（導(dǎo)體）安培力：

磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力安培定律：對(duì)電流元Idl在磁場(chǎng)B中所受的作用力為磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力：電流強(qiáng)度：SI（導(dǎo)體）-例1、計(jì)算長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流直導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)B中所受的力。解：I由安培定律：方向：方向：I例2、如圖，一任意形狀L的載流I的導(dǎo)線放入一均勻磁場(chǎng)中，求其受的安培力。解：由安培定律：方向：方向：IL結(jié)論：彎曲導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受磁力等效于通有相同電流的從起點(diǎn)到末點(diǎn)的直導(dǎo)線所受到的力例3、半徑為R的銅絲環(huán)，載有電流I?，F(xiàn)把圓環(huán)放在均勻磁場(chǎng)中，環(huán)平面與磁場(chǎng)垂直。求（1）圓環(huán)受到的合力。（2）銅絲內(nèi)部的張力。解：（1）Ioxy

ddldFxdFy由安培定律：結(jié)論：勻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)閉合載流導(dǎo)線的作用合力為零Ioxy

ddldFxdFy（2）銅絲內(nèi)部的張力。IrxI1I2例、無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線通有電流I1，在同一平面內(nèi)有長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流直導(dǎo)線，通有電流I2。（如圖所示）求：長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力。dxxl解：dl由安培定律：

l1二、載流線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的磁力矩結(jié)論：IIIIbl2

acdl1IIIIbnl2

acdF1和F2形成一“力偶”。磁力矩：l1磁力矩：其中S=l1l2為線圈平面的面積注：上式雖是從矩形閉合載流線圈推出，但適合于任意形狀的閉合載流線圈。N匝線圈的磁力矩：l1IIIIbnl2

acd線圈的磁矩：載流線圈在磁場(chǎng)中受到的磁力矩：討論：（1）=0時(shí)，M=0。線圈處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)（2）=90時(shí)，M=Mmax=NBIS（3）=180時(shí)，M=0線圈處于非穩(wěn)定平衡狀態(tài)ISl1aI1I2dF12dF21dl2dl1單位長(zhǎng)度受力：平行電流間的相互作用三、電流強(qiáng)度單位：“安培”的定義aI1I2F12F21設(shè)：

I1=I2=1（A），a=1（m）單位長(zhǎng)度導(dǎo)線受到的磁力：

兩平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距1m，通過(guò)大小相等的電流，如果這時(shí)它們之間單位長(zhǎng)度導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)力正好是210-7N時(shí)，就把兩導(dǎo)線中所通過(guò)的電流定義為“1安培”。四、磁力的功1、磁力對(duì)運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線作的功F

IBabcdLabx磁場(chǎng)力：F=BIL磁場(chǎng)力的功：A=Fx=BILx其中BLx=BS=磁場(chǎng)力的功：2、載流線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)力的功nF2F1Bd力矩的功：磁力矩：例、有一半徑為R的閉合載流線圈，通過(guò)電流I。今把它放在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其方向與線圈平面平行。求：（1）以直徑為轉(zhuǎn)軸，線圈所受磁力矩的大小和方向。（2）在力矩作用下，線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°，力矩做了多少功？解：法一作用力垂直于線圈平面RdlI力矩的功：力矩：RdlI法二：

線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，磁通量的增量為：RdlI§8-7磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)一、磁介質(zhì)及其分類

磁介質(zhì)：放入磁場(chǎng)后受磁場(chǎng)影響（磁化）反過(guò)來(lái)又影響磁場(chǎng)的介質(zhì)稱為“磁介質(zhì)”。1、磁場(chǎng)要使磁介質(zhì)磁化----未加外磁場(chǎng)

介質(zhì)磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏觀效果是在介質(zhì)橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流，這種電流稱為磁化電流Is又叫分子面電流。產(chǎn)生磁化電流Is。Is磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別：

磁化電流是分子電流規(guī)則排列的宏觀反映，并不伴隨電荷的定向運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生熱效應(yīng)。而傳導(dǎo)電流是由大量電荷作定向運(yùn)動(dòng)而形成的磁介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度為：2、處于磁化狀態(tài)的磁介質(zhì)使磁場(chǎng)發(fā)生變化傳導(dǎo)電流I激發(fā)的磁場(chǎng)磁化電流Is激發(fā)的磁場(chǎng)定義：四類磁介質(zhì)：（1）順磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈弱磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo同向。B>Bo,r>1（2）抗磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈弱磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo反向。B<Bo,r<1（3）鐵磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈強(qiáng)磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo同向。B>>Bo,r>>1（4）超導(dǎo)體(完全抗磁體）：B=0B=0二、分子電流和分子磁矩

分子磁矩各電子磁矩

近代科學(xué)實(shí)踐證明，分子或原子中的電子存在軌道運(yùn)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)都能產(chǎn)生磁效應(yīng)。分子或原子中各電子對(duì)外產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和，等效于一個(gè)圓電流，稱為“分子電流”。分子電流的磁矩稱為“分子磁矩”單個(gè)電子繞核：+-+--+

電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)的作用下，分子或原子中和每個(gè)電子相聯(lián)系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的電子以一定的角動(dòng)量作高速轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為電子的進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)

附加磁矩：因進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生的等效磁矩稱為附加磁矩，用符號(hào)表示。

可以證明：不論電子原來(lái)的磁矩與磁場(chǎng)方向之間的夾角是何值，在外磁場(chǎng)中，電子角動(dòng)量進(jìn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向總是和的方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。這種等效圓電流的磁矩的方向永遠(yuǎn)與的方向相反。三、弱磁質(zhì)的磁化規(guī)律兩種弱磁質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同順磁質(zhì)：分子固有磁矩不為0抗磁質(zhì)：分子固有磁矩為0順磁質(zhì)（a）無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，雜亂無(wú)章（熱運(yùn)動(dòng)）-++-+-B0+--+-+（b）加外磁場(chǎng)B0有序順磁質(zhì)與

同方向但由于，所以附加磁感應(yīng)強(qiáng)度抗磁質(zhì)

抗磁材料在外磁場(chǎng)的作用下，磁體內(nèi)任意體積元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，結(jié)果在磁體內(nèi)激發(fā)一個(gè)和外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)，這就是抗磁性的起源。（a）無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)（b）加外磁場(chǎng)B01.磁化強(qiáng)度反映磁介質(zhì)磁化程度(大小與方向)的物理量。均勻磁化非均勻磁化§8－8

有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度

磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和，稱為磁化強(qiáng)度，用表示。磁化強(qiáng)度的單位：

注意：對(duì)順磁質(zhì)，可以忽略；對(duì)抗磁質(zhì)，對(duì)于真空，。外磁場(chǎng)為零，磁化強(qiáng)度為零。外磁場(chǎng)不為零:順磁質(zhì)抗磁質(zhì)2.磁化電流

對(duì)于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，各分子電流相互疊加，在磁化圓柱的表面出現(xiàn)一層電流，好象一個(gè)載流螺線管，稱為磁化面電流（或安培表面電流）。

設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長(zhǎng)度上的磁化電流為（面磁化電流密度），則長(zhǎng)為l的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度IS為

取一長(zhǎng)方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長(zhǎng)度為l，而B(niǎo)C、AD兩邊則垂直于柱面。

磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過(guò)回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。3.有磁