(2024年)大學物理思維導圖磁部分

大學物理思維導圖磁部分12024/3/26目錄contents磁學基本概念與定律磁場中的物質(zhì)性質(zhì)電磁感應與電磁波磁場在技術(shù)應用中的實例現(xiàn)代磁學研究進展及挑戰(zhàn)22024/3/26磁學基本概念與定律0132024/3/26由磁體或電流產(chǎn)生的空間區(qū)域，其中存在磁力作用。磁場描述磁場分布的曲線，其切線方向表示磁場方向，疏密程度表示磁場強度。磁力線無源場，即磁力線總是閉合的；磁場具有方向性，即磁力線總是從N極指向S極。磁場的性質(zhì)磁場與磁力線42024/3/26123描述磁場強弱的物理量，用B表示，單位為特斯拉（T）。磁感應強度描述穿過某一面積的磁力線數(shù)量的物理量，用Φ表示，單位為韋伯（Wb）。磁通量B=Φ/S，其中S為面積。磁感應強度與磁通量的關(guān)系磁感應強度與磁通量52024/3/26帶電粒子在磁場中受到的力，其方向垂直于磁場方向和粒子運動方向所構(gòu)成的平面，大小與粒子電荷量、速度和磁感應強度有關(guān)。洛倫茲力載流導線在磁場中受到的力，其方向垂直于導線方向和磁場方向所構(gòu)成的平面，大小與導線長度、電流和磁感應強度有關(guān)。安培力安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，兩者在本質(zhì)上是一致的。洛倫茲力與安培力的關(guān)系洛倫茲力與安培力62024/3/26ABCD磁學基本定律庫侖定律描述兩個點電荷之間的相互作用力，與電荷量成正比，與距離的平方成反比。安培環(huán)路定理描述磁場沿任意閉合路徑的線積分等于穿過該路徑所包圍面積的電流代數(shù)和的常數(shù)倍。畢奧-薩伐爾定律描述電流元在空間任意點產(chǎn)生的磁感應強度，與電流元的大小、方向和距離有關(guān)。法拉第電磁感應定律描述變化的磁場會在導體中產(chǎn)生感應電動勢或感應電流的現(xiàn)象。72024/3/26磁場中的物質(zhì)性質(zhì)0282024/3/26反鐵磁性物質(zhì)在磁場中產(chǎn)生的磁化強度與外磁場方向相反，但絕對值較小，磁化率k<0但接近于0，如Cr、Mn等。抗磁性物質(zhì)在磁場中產(chǎn)生的磁化強度與外磁場方向相反，磁化率k<0，如Cu、Ag、Au等。順磁性物質(zhì)在磁場中產(chǎn)生的磁化強度與外磁場方向相同，但絕對值很小，磁化率k>0但接近于0，如Al、Mg、Na等。鐵磁性物質(zhì)在磁場中產(chǎn)生的磁化強度與外磁場方向相同，且絕對值較大，磁化率k>>0，如Fe、Co、Ni等。物質(zhì)的磁性分類92024/3/26抗磁性物質(zhì)在磁場中會被微弱地排斥，其內(nèi)部會產(chǎn)生一個與外磁場方向相反的感應磁場?？勾判晕镔|(zhì)的磁化率k<0，且|k|很小。抗磁性順磁性物質(zhì)在磁場中會被微弱地吸引，其內(nèi)部會產(chǎn)生一個與外磁場方向相同的感應磁場。順磁性物質(zhì)的磁化率k>0，但k值很小。順磁性抗磁性與順磁性102024/3/26鐵磁性與亞鐵磁性鐵磁性鐵磁性物質(zhì)在磁場中會被強烈地吸引，其內(nèi)部會產(chǎn)生一個與外磁場方向相同且較大的感應磁場。鐵磁性物質(zhì)的磁化率k>>0。亞鐵磁性亞鐵磁性物質(zhì)在磁場中的表現(xiàn)類似于鐵磁性物質(zhì)，但其磁化強度和磁化率略低于鐵磁性物質(zhì)。112024/3/26磁疇鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部存在許多微小的區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)的原子磁矩排列整齊，但不同區(qū)域間的原子磁矩排列方向不同。這些微小的區(qū)域稱為磁疇。磁滯現(xiàn)象當鐵磁性物質(zhì)處于交變磁場中時，其磁感應強度B隨外磁場強度H的變化而滯后于H的變化。這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。它是由于鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部的磁疇在交變磁場中不斷改變排列方向而導致的。磁疇與磁滯現(xiàn)象122024/3/26電磁感應與電磁波03132024/3/26法拉第電磁感應定律指出，當一個導體回路在變化的磁場中時，會在回路中產(chǎn)生感應電動勢。感應電動勢的大小與穿過回路的磁通量的變化率成正比，即e=-N(dΦ/dt)，其中e是感應電動勢，N是回路匝數(shù)，Φ是磁通量，t是時間。法拉第電磁感應定律是電磁學的基本定律之一，揭示了電與磁之間的相互作用。法拉第電磁感應定律142024/3/26楞次定律與互感現(xiàn)象楞次定律指出，感應電流的方向總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應電流的磁通量的變化?；ジ鞋F(xiàn)象是指兩個相鄰的線圈之間，當一個線圈中的電流發(fā)生變化時，會在另一個線圈中產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象。互感現(xiàn)象是電磁感應的一種特殊形式，廣泛應用于電力系統(tǒng)和電子技術(shù)中。152024/3/2603麥克斯韋方程組預言了電磁波的存在，揭示了光、電、磁現(xiàn)象之間的統(tǒng)一性。01麥克斯韋方程組是描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程組。02電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。麥克斯韋方程組與電磁波162024/3/26123電磁波在真空或介質(zhì)中傳播，具有能量和動量，遵循波動方程。電磁波的輻射是指電磁波從源頭發(fā)出并在空間中傳播的過程。電磁波的輻射機制包括天線輻射、激光輻射等，廣泛應用于通信、遙感、醫(yī)療等領(lǐng)域。電磁波的傳播與輻射172024/3/26磁場在技術(shù)應用中的實例04182024/3/26VS利用磁場對電流的作用力，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，實現(xiàn)各種機械設備的驅(qū)動。變壓器利用磁場的感應作用，實現(xiàn)電壓的升降變換，滿足不同電路對電壓的需求。電機電機與變壓器原理192024/3/26利用電流的磁效應，產(chǎn)生強大的磁場，吸引或排斥鐵磁性物質(zhì)，實現(xiàn)遠程控制或操作。一種電磁開關(guān)，通過小電流控制大電流的通斷，實現(xiàn)電路的自動控制和保護。電磁鐵繼電器電磁鐵與繼電器應用202024/3/26硬盤利用磁性材料的磁化方向來記錄二進制數(shù)據(jù)，實現(xiàn)大容量、高速度的數(shù)據(jù)存儲。磁帶一種順序存取的數(shù)據(jù)存儲設備，通過磁帶表面的磁性材料來記錄數(shù)據(jù)。磁記錄技術(shù)（硬盤、磁帶等）212024/3/26核磁共振成像原理利用強磁場和射頻脈沖使人體組織內(nèi)的氫原子核發(fā)生共振，產(chǎn)生信號，經(jīng)計算機處理重建圖像，用于醫(yī)學診斷和治療。核磁共振通過測量不同組織在磁場中的弛豫時間差異，得到反映組織結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)的圖像。成像原理222024/3/26現(xiàn)代磁學研究進展及挑戰(zhàn)05232024/3/26探索新型銅氧化物超導材料，提高臨界溫度，降低制造成本。銅氧化物高溫超導材料研究鐵基超導材料的電子結(jié)構(gòu)和磁性質(zhì)，尋找新的高溫超導體系。鐵基高溫超導材料利用有機分子設計合成新型高溫超導材料，拓展超導材料的應用范圍。有機高溫超導材料高溫超導材料研究242024/3/26自旋閥利用自旋極化電流實現(xiàn)信息的存儲、傳遞和處理，提高器件的響應速度和穩(wěn)定性。磁隨機存取存儲器（MRAM）基于自旋閥效應，開發(fā)高速、低功耗、非易失性的磁隨機存取存儲器件。自旋邏輯器件利用自旋極化電流的相互作用，設計實現(xiàn)自旋邏輯門和自旋計算器件，推動量子計算的發(fā)展。自旋電子學器件發(fā)展030201252024/3/26量子糾纏和量子門操作通過精確控制磁性材料的自旋狀態(tài)，實現(xiàn)量子糾纏和量子門操作，推動量子計算的發(fā)展。量子模擬和量子優(yōu)化利用磁性材料的量子特性，模擬復雜系統(tǒng)的行為，解決優(yōu)化問題，推動量子計算在各領(lǐng)域的應用。量子比特實現(xiàn)利用磁性材料的自旋屬性，實現(xiàn)量子比特的編碼、操作和讀取。量子計算中磁性材料應用262024/3/26生物醫(yī)學領(lǐng)域中的磁學應用研究生物體內(nèi)磁性材料的合成、結(jié)構(gòu)和功能，探索其在生物醫(yī)學領(lǐng)域