第6章穩(wěn)恒磁場

1、1第六章第六章 穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場6.1 電流電動勢電流電動勢6.2 磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度6.3 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理6.4 磁場對載流導(dǎo)線的作用磁場對載流導(dǎo)線的作用6.5 磁場對運(yùn)動電荷的作用磁場對運(yùn)動電荷的作用6.6 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 2靜電荷靜電荷運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷靜電場靜電場電場電場, 磁場磁場穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場 學(xué)習(xí)方法：類比法學(xué)習(xí)方法：類比法穩(wěn)恒電場穩(wěn)恒電場穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流36.1 電流電流 電動勢電動勢一、電流、電流密度帶電粒子的定向運(yùn)動形成電流。帶電粒子的定向運(yùn)動形成電流。 方向方向規(guī)定規(guī)定：正電荷運(yùn)動方向正電荷運(yùn)動方向1.電流強(qiáng)度：電流強(qiáng)度：dtdqI 2.電流密度電流密度

2、: 描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電流分布情況描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)的電流分布情況電阻法探礦電阻法探礦4I E dSI定義：定義： 電流密度電流密度ndSdIj 方向：方向：Ej/單位：單位： Am2若若dS的法線的法線n與與j成角成角 ,則則通過通過dS的電流的電流n)(EjdS dS jdSdISdjjdS cos sSdjI5二、 電動勢. 非靜電力與電源非靜電力與電源一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢差不能維持穩(wěn)恒電流一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢差不能維持穩(wěn)恒電流ABEkE用電器非靜電力非靜電力: 能把正電荷從電勢較低的點(diǎn)（電源負(fù)極能把正電荷從電勢較低的點(diǎn)（電源負(fù)極板）送到電勢較高的點(diǎn)（電源正極板）的作用力，板）送到電勢較高的點(diǎn)

3、（電源正極板）的作用力，記作記作 Fk 。6非靜電場強(qiáng)非靜電場強(qiáng):qFEk非 表示單位正電荷受到的非靜電力表示單位正電荷受到的非靜電力電源電源: 能夠提供非靜電力的裝置能夠提供非靜電力的裝置.電源電動勢電源電動勢 定義定義:把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時，電源中的非靜電力所做的功，電源中的非靜電力所做的功 .qA 方向方向: 7用非靜電場強(qiáng)定義電源電動勢用非靜電場強(qiáng)定義電源電動勢 l dEql dFAkk 0ldEk 如果對整個回路進(jìn)行積分，則非靜強(qiáng)場的環(huán)流。如果對整個回路進(jìn)行積分，則非靜強(qiáng)場的環(huán)流。l dEk 這時電動勢的方向與回路中電流的方

4、向一致。這時電動勢的方向與回路中電流的方向一致。86.2磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度 一、 基本磁現(xiàn)象1.自然磁現(xiàn)象自然磁現(xiàn)象同極相斥同極相斥,異極相吸異極相吸天然磁石天然磁石SNSN磁性、磁體、磁極磁性、磁體、磁極2.電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng) 18191820年丹麥物理學(xué)家奧斯年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)特首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)9ISN磁現(xiàn)象與運(yùn)動電荷之間有著密切的聯(lián)系。磁現(xiàn)象與運(yùn)動電荷之間有著密切的聯(lián)系。 1822年安培提出了年安培提出了 用用分子電流分子電流來解釋磁性起源來解釋磁性起源nINS電荷的運(yùn)動是一切磁現(xiàn)象的根源。電荷的運(yùn)動是一切磁現(xiàn)象的根源。10. 磁力磁力 磁力是發(fā)

5、生于運(yùn)動電荷間的相互作用力，它決磁力是發(fā)生于運(yùn)動電荷間的相互作用力，它決定于運(yùn)動電荷的速度定于運(yùn)動電荷的速度11二、磁感應(yīng)強(qiáng)度電流電流(或磁鐵或磁鐵) 磁場磁場 電流電流(或磁鐵或磁鐵)1.磁場磁場 運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷(電流電流) 激發(fā)磁場。激發(fā)磁場。 同時也激發(fā)電場。同時也激發(fā)電場。磁場對外的重要表現(xiàn)為：磁場對外的重要表現(xiàn)為：(1) 磁場對運(yùn)動電荷磁場對運(yùn)動電荷(電流電流)有磁力作用有磁力作用(2) 磁力作功，表明磁場具有能量。磁力作功，表明磁場具有能量。2. 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁矩磁矩:nSIpm Ipmpm與與I組成右螺旋組成右螺旋nSNIpm 012 磁場方向磁場方向: 規(guī)定線圈在規(guī)定

6、線圈在穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡位置時的磁矩的方向位置時的磁矩的方向S mpB 磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小:當(dāng)實(shí)驗(yàn)線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過當(dāng)實(shí)驗(yàn)線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過90900 0時時，線圈所受磁力矩為最大，線圈所受磁力矩為最大, ,且且mpM maxmpMBmax 單位單位: 1特斯拉特斯拉104高斯（高斯（1T104GS）13三、磁場中的高斯定理 1.磁力線磁力線 磁力線切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場方向。磁力線切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場方向。BaaBbbBccB 定量地描述磁場強(qiáng)弱定量地描述磁場強(qiáng)弱,B大小定義為：大小定義為： SB dSdBm14直線電流磁力線直線電流磁力線圓電流磁力線圓電流磁力線III通電螺線通電螺線

7、管磁力線管磁力線(1)磁感應(yīng)線都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是磁感應(yīng)線都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是渦旋場。渦旋場。(2) 任意兩條磁感應(yīng)線在空間不相交。任意兩條磁感應(yīng)線在空間不相交。(3)磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則152. 磁通量磁通量 穿過磁場中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱為該曲穿過磁場中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱為該曲面的磁通量，用符號面的磁通量，用符號m表示。表示。 SBn SdBdm smsdB3.3.磁場中的高斯定理磁場中的高斯定理 SB smsdB ssdB0穿過穿過任意任意閉合曲面的磁通量為零閉合曲面的磁通量為零(1) 磁力線是無頭無尾

8、的閉合曲線，磁力線是無頭無尾的閉合曲線，(2) 磁場是無源場磁場是無源場 (無磁單極存在無磁單極存在) 16四、畢奧薩伐爾定律 1.1.穩(wěn)恒電流的磁場穩(wěn)恒電流的磁場 電流元電流元lIdIplIdrBd2),sin(rrl dIdlkdB ,104170 AmTk 170104 AmT dB 的方向的方向)/(rl dBd 2004rrlIdBd 畢奧畢奧-沙伐爾定律沙伐爾定律17對一段載流導(dǎo)線對一段載流導(dǎo)線2004rrlIdBl 若若 =0或或 ，則，則dB=0， 即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。若若 = /2，則，則dB最大最大 (其它因素不變下其它因素不變下

9、)2.2.運(yùn)動電荷的磁場運(yùn)動電荷的磁場在非相對論條件下的電場與磁場在非相對論條件下的電場與磁場電流的微觀形式電流的微觀形式dtdl I18 若載流子的數(shù)密度為若載流子的數(shù)密度為n，電量為，電量為q，運(yùn)動速度為，運(yùn)動速度為 ，則則dt時間內(nèi)通過時間內(nèi)通過s截面的電量截面的電量 dtdQI dtdtsnq qns 2004rrl dqnsBd 2004rrqnsdl 電流元電流元Idl中載流子中載流子(運(yùn)動電荷運(yùn)動電荷)有有 dN個個sdlndN dtsn dNBdB 2004rdNrnsdlq )(2004rrqB 畢奧沙伐爾定畢奧沙伐爾定律的微觀形式律的微觀形式19 Bqpr Bpr20五、畢

10、奧薩伐爾定律的應(yīng)用 1.載流直導(dǎo)線的磁場載流直導(dǎo)線的磁場 r xyz0Bd2 1 已知：真空中已知：真空中I、 1、 2、a取電流元取電流元Idl, 如圖如圖lIdP204sinrIdldB 所有電流元在所有電流元在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同感應(yīng)強(qiáng)度的方向相同 204sinrIdldBll B設(shè)設(shè)0P=a,則則 : cosar cossin atgl 2cosdadl 21 coscoscos42220 LadaIB 120sinsin4 aIB 21cos40 daI關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定 以以O(shè)P為起始線為起始線, 角增加的方向與電流方向相角增加的方向與電流方向相同

11、，則為正，反之，則為負(fù)。同，則為正，反之，則為負(fù)。 p01 2 p01 2 p01 2 22無限長無限長電流的磁場電流的磁場 2221 aIB 20 半無限長半無限長電流的磁場電流的磁場2021 aIB 40 直導(dǎo)線延長線上直導(dǎo)線延長線上電流的磁場電流的磁場 ? BIB20sin4rIdldB 0 0 dB0 B232.圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場 已知已知: R、I，圓心角為圓心角為，求在圓心求在圓心O點(diǎn)的磁感點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度.任取電流元任取電流元lIdlIdrR2004rrlIdBd 204RIdldB 204RIdlBL dRIRdRI 0002044 220

12、 RIB方向：方向： 右手螺旋法則右手螺旋法則 圓電流中心的磁場圓電流中心的磁場 RIB20 1/n 圓電流的中心的磁場圓電流的中心的磁場RInB210 246.3安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 一、安培環(huán)路定理 在靜電場中在靜電場中 0 l dEl在穩(wěn)恒磁場中在穩(wěn)恒磁場中 ? l dBlILl drBdBl dr1. 任意積分回路任意積分回路 cosl dBl dB rdB ll dB rdrI 2002II0022 252. 積分回路不環(huán)繞電流積分回路不環(huán)繞電流AB BLA11l d1B d dIdrrIldB22011011 BLA2d2l d2B dIdrrIl dB22022022 ABB

13、AldIdIl dB2200 000022dIdI0)(2000 ddI0 ll dB263 . 積分回路環(huán)繞多個載流導(dǎo)線積分回路環(huán)繞多個載流導(dǎo)線I4I5iBB l dBl dBlli I1I2I3 lil dB iI0 ilIl dB0 若電流流向與積分環(huán)路構(gòu)成右手螺旋，若電流流向與積分環(huán)路構(gòu)成右手螺旋，I取正值；取正值；反之，反之，I取負(fù)值取負(fù)值.27 在真空中的穩(wěn)恒磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度在真空中的穩(wěn)恒磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任意沿任意閉合曲線的積分閉合曲線的積分(環(huán)流環(huán)流)，等于該閉合曲線所環(huán)繞的，等于該閉合曲線所環(huán)繞的電流的代數(shù)和的電流的代數(shù)和的 0倍倍. 稱為磁場中的安培環(huán)路定理稱為磁場中

14、的安培環(huán)路定理說明：說明：(1) B是是dl處的總磁場處的總磁場(2)只適用于只適用于穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流(閉合或延伸到閉合或延伸到)I1 0I2 RrIB 2外2222RIrrRII rR22RIrB 內(nèi)31討論：討論：分布曲線分布曲線RI 20BRr0 RrrIRrRIrB 22020 長直載流圓柱面。已知：長直載流圓柱面。已知：I、RRIrBl dB 2 RrIRr00 RrrIRrB 200rRORI 20B322.長直載流螺線管內(nèi)的磁場分布長直載流螺線管內(nèi)的磁場分布 已知：已知：I、n(單位長度導(dǎo)線匝數(shù)單位長度導(dǎo)線匝數(shù))對稱性分析：對稱性分析： 管內(nèi)為均勻場管內(nèi)為均勻場,方向與螺線方向與

15、螺線管軸線平行管軸線平行. 管的外面，磁場強(qiáng)度忽略管的外面，磁場強(qiáng)度忽略不計(jì)不計(jì).BB的大小的計(jì)算的大小的計(jì)算:作矩形環(huán)路作矩形環(huán)路a b c d,如圖如圖abcdabnIabBabBlBL0d 外內(nèi) 0 外BnIB0 內(nèi)333.載流環(huán)形螺線管內(nèi)的磁場分布載流環(huán)形螺線管內(nèi)的磁場分布 已知：已知：I 、R1、R2, N導(dǎo)線總匝數(shù)導(dǎo)線總匝數(shù)分析對稱性分析對稱性磁力線分布如圖磁力線分布如圖0作積分回路如圖作積分回路如圖方向方向右手螺旋右手螺旋計(jì)算環(huán)流計(jì)算環(huán)流利用安培環(huán)路定理求利用安培環(huán)路定理求BrBBdll dB 2 NIl dB0 外內(nèi)020rNIB 34BrO2R1R2121RRRR 、nIB0

16、 12 RNn 說明：說明：B是所有電流共同產(chǎn)生的是所有電流共同產(chǎn)生的 環(huán)路外部的電流只是對積分環(huán)路外部的電流只是對積分LBdl無貢獻(xiàn)無貢獻(xiàn). 當(dāng)當(dāng)B無對稱性時，安培環(huán)路定理仍成立無對稱性時，安培環(huán)路定理仍成立 只是此時因只是此時因B不能提出積分號外，利用安培環(huán)不能提出積分號外，利用安培環(huán)路定理已不能求解路定理已不能求解B，必須利用畢奧薩伐爾，必須利用畢奧薩伐爾定律及疊加原理求解定律及疊加原理求解.356.4磁場對載流導(dǎo)線的作用磁場對載流導(dǎo)線的作用一、安培定律 安培首先通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在磁場中任一點(diǎn)處，電安培首先通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在磁場中任一點(diǎn)處，電流元流元Idl所受的磁力為所受的磁力為l lIdB

17、 BB Bl lIddfBlIdfd 大小大小:),sin(Bl dBIdldf 方向方向:BlIdfd /df積分形式積分形式 LBlIdf36載流直導(dǎo)線在均勻磁場中所受的安培力載流直導(dǎo)線在均勻磁場中所受的安培力B 取電流元取電流元lIdlIdBlIdfd 受力方向受力方向 Fd力大小力大小 sinBIdldf 積分積分 LBIdlf sin LdlBI sin sinBLIf BI 00 f37IBBLIf max 232 38二、無限長兩平行載流直導(dǎo)線間的相互作用力 C、D兩導(dǎo)線的距離為兩導(dǎo)線的距離為a。電流方向相同。電流方向相同I1I2aCDI2dl2I1dl1B2df1B1df2Bl

18、Idfd aIB 2101 2212dlIBdf 221022dlaIIdf aIB 2202 1121dlIBdf 121012dlaIIdf aIIdldf 221022 aIIdldf 221011 39單位長度載流導(dǎo)線所受力為單位長度載流導(dǎo)線所受力為 aIIdldf21024 電流的單位安培可定義如下：電流的單位安培可定義如下： 在真空中相距在真空中相距1 m的兩條無限長平行導(dǎo)線中通以的兩條無限長平行導(dǎo)線中通以相等的電流，若每米長度導(dǎo)線受到的磁力為相等的電流，若每米長度導(dǎo)線受到的磁力為2107 N，則導(dǎo)線中的電流定義為，則導(dǎo)線中的電流定義為1 A. 02112 dldfaIII )(1

19、104102277A 40解：解：dlBIdf2 LdffdxxII 2210 dLdII ln2210 例：求一無限長直載流導(dǎo)線的磁場對另一直載流例：求一無限長直載流導(dǎo)線的磁場對另一直載流 導(dǎo)線導(dǎo)線ab的作用力。的作用力。 已知：已知：I1、I2、d、L LdddxxII 2210Lxdba1I2Ifdl dI241三、磁場對載流線圈的作用勻強(qiáng)磁場對平面載流線圈的作用勻強(qiáng)磁場對平面載流線圈的作用dabcmp設(shè)設(shè) ab=cd= l2 , ad=bc =l1 pm與與B夾角為夾角為 da邊邊:BdaIf 11f sin11IBlf bc邊邊:BbcIf /1/1f sin)sin(11/1IBl

20、IBlf ab邊邊:BabIf 2/2f2fIBlf22 cd邊邊:BcdIf /2IBlf2/2 42線圈在均勻磁場受合力線圈在均勻磁場受合力0/22/11 fffff f2 和和 f /2產(chǎn)生一力偶矩產(chǎn)生一力偶矩mp f2f2 /)cos(2212 lfM 2 sin122lffM sin12lIBl sinBIS sinBPMm BpMm 43說明說明:(1)0 Bpm/1f 1f2f 2f M0 穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡 (2) Bpm /1f 1f2f 2fM0 非穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡 (3)2 Bpm B 2f 2fBpMm maxmpMBmax 44四、磁力的功1.1.磁力對載流導(dǎo)線做功磁

21、力對載流導(dǎo)線做功 設(shè)一均勻磁場設(shè)一均勻磁場B，ab長為長為l，電流，電流IbdacIFa/b/BIlF aalBIaaFA mIA mISIBA 在勻強(qiáng)磁場中當(dāng)電流不變時，功等于電流乘以在勻強(qiáng)磁場中當(dāng)電流不變時，功等于電流乘以回路面積內(nèi)回路面積內(nèi)磁通量的增量磁通量的增量452. 載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時磁力矩所做的功載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時磁力矩所做的功 mPBpMm sin BISMM作功，使作功，使 減少減少 d dMdA mdIBSdIdA )cos( mdIdA dBISdA sinmIdA 2146例：例：一半徑為一半徑為R R的半圓形閉合線圈，通有電流的半圓形閉合線圈，通有電流I I，

22、線圈，線圈放在均勻外磁場放在均勻外磁場B B中，中，B B的方向與線圈平面成的方向與線圈平面成30300 0角，角，如右圖，設(shè)線圈有如右圖，設(shè)線圈有N N匝，問：匝，問：（1）線圈的磁矩是多少？）線圈的磁矩是多少？ （2）此時線圈所受力矩的大小和方向？）此時線圈所受力矩的大小和方向？ （3）圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時，）圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時， 磁力矩作功是多少？磁力矩作功是多少？B060解：（解：（1）線圈的磁矩）線圈的磁矩nNISpm nRNI22 pm的方向與的方向與B成成600夾角夾角（2）線圈所受力矩為）線圈所受力矩為BpMm 47大小為大小為:060sinBpMm 243RNIB 方向

23、為垂直于方向?yàn)榇怪庇贐的方向向上。的方向向上。B060（3）磁力矩作功為）磁力矩作功為 mmmNINIA12 02260cos22RBRBNI 24RNIB 磁力矩作正功磁力矩作正功480 l dE穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場 iiIl dB0 0 SdB isqSdE01 磁場沒有保守性，它是磁場沒有保守性，它是非保守場，或無勢場非保守場，或無勢場電場有保守性，它是電場有保守性，它是保守場，或有勢場保守場，或有勢場電力線起于正電荷、電力線起于正電荷、止于負(fù)電荷。止于負(fù)電荷。靜電場是有源場靜電場是有源場 磁力線閉合、磁力線閉合、無自由磁荷無自由磁荷磁場是無源場磁場是無源場492.載流線圈在磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動時磁力

24、矩的功載流線圈在磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動時磁力矩的功 mPBpMm sin BISMM作功，使作功，使 減少減少 d dMdA mdIBSdIdA )cos( mdIdA dBISdA sinmIdA 21506.5磁場對運(yùn)動電荷的作用磁場對運(yùn)動電荷的作用一、洛倫茲力 荷蘭物理學(xué)家洛侖茲從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出運(yùn)動電荷荷蘭物理學(xué)家洛侖茲從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出運(yùn)動電荷所受到的磁場力其大小和方向可用下式表示所受到的磁場力其大小和方向可用下式表示Bqfm 安培力的微觀本質(zhì)安培力的微觀本質(zhì) 是運(yùn)動電荷受到的磁場力的集體宏觀表現(xiàn)是運(yùn)動電荷受到的磁場力的集體宏觀表現(xiàn) BlIdFd sqnI Bl dsqnFd )( nsdldN 因此因此,

25、BqnsdlBqnsdldNFdfm 51(1) fm ( ,B) 所組成的平面。所組成的平面。 fm 對運(yùn)動電荷不做功對運(yùn)動電荷不做功.(2)關(guān)于正負(fù)電荷受力方向關(guān)于正負(fù)電荷受力方向fB B f(3) 電荷在電場和磁場運(yùn)動時，受的合力：電荷在電場和磁場運(yùn)動時，受的合力：)(BEqF 電場力電場力磁場力磁場力洛侖茲關(guān)系式洛侖茲關(guān)系式52二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(忽略重力) 1.粒子速度粒子速度B/0 2.粒子速度粒子速度B 0 B 00 mf0 mf 0fm=q 0 BBqRm020 回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 qBmR0 0 R回轉(zhuǎn)周期回轉(zhuǎn)周期 qBmRT 220 回轉(zhuǎn)頻率回轉(zhuǎn)頻率 mqBT 2

26、1 T和和 與與R及速度無關(guān)及速度無關(guān)533.粒子速度粒子速度 與與 成成角角0 BB / cos0/ sin0 回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)半徑 qBmR 回轉(zhuǎn)周期回轉(zhuǎn)周期 qBmT 2 螺距螺距 /2/ qBmTh 54三、霍耳效應(yīng)1879年，年僅年，年僅24歲的美國物理學(xué)家霍耳首先發(fā)現(xiàn)，歲的美國物理學(xué)家霍耳首先發(fā)現(xiàn)， 在勻強(qiáng)磁場中，寬度為在勻強(qiáng)磁場中，寬度為b，厚度為，厚度為d片狀金屬導(dǎo)片狀金屬導(dǎo)體，當(dāng)通有與磁感應(yīng)強(qiáng)度體，當(dāng)通有與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直的電流的方向垂直的電流I時，時，在金屬片兩側(cè)出現(xiàn)電勢差在金屬片兩側(cè)出現(xiàn)電勢差UH，如圖示，此種效應(yīng)，如圖示，此種效應(yīng)稱為霍耳效應(yīng)，電勢差稱為霍耳效應(yīng)，電勢

27、差UH稱為霍耳電勢差稱為霍耳電勢差BIU1U2dbbIBRUHH RH-霍耳系數(shù)霍耳系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明：實(shí)驗(yàn)表明：UH與導(dǎo)體塊的寬度與導(dǎo)體塊的寬度b無關(guān)無關(guān)55帶負(fù)電的載流子的金屬導(dǎo)體為例帶負(fù)電的載流子的金屬導(dǎo)體為例Befm IMN霍耳系數(shù)的微觀解釋霍耳系數(shù)的微觀解釋 mfHEef附加電場附加電場 EH:HeEef 平衡時平衡時HeEBe BEH HNMbEUU Bb 電流強(qiáng)度為電流強(qiáng)度為bdnesneI bdneI BbdneIbUUUNMH dIBne 156nekH1 dIBkUHH 說明說明:(1) e0時，時，kH0時，時，kH0,0 HU(3) kH與載流子濃度與載流子濃度n成反比：成反

28、比：半導(dǎo)體中霍耳效應(yīng)比金屬中顯著。半導(dǎo)體中霍耳效應(yīng)比金屬中顯著。576.6 磁磁 介介 質(zhì)質(zhì)一、磁介質(zhì)的分類 凡是能影響磁場的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。凡是能影響磁場的物質(zhì)叫磁介質(zhì)。物質(zhì)受到磁場的作用產(chǎn)生磁性的現(xiàn)象叫磁化。物質(zhì)受到磁場的作用產(chǎn)生磁性的現(xiàn)象叫磁化?？偞艌隹偞艌?0B/B /0BBB 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率0BBr 0BBr 三類磁介質(zhì)三類磁介質(zhì) 順磁質(zhì)：順磁質(zhì)： 1 如如:錳、鎘、鋁等。錳、鎘、鋁等。 抗磁質(zhì)：抗磁質(zhì)： 1 如鐵、鈷、鎳及其合金等。如鐵、鈷、鎳及其合金等。58二、抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)的磁化 電子軌道磁矩電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子自旋磁矩分子磁矩分子磁矩 pm分分等效等效分子電流分子

29、電流 i分分i分分S分分分mp1.順磁質(zhì)及其磁化順磁質(zhì)及其磁化分子的固有磁矩不為零分子的固有磁矩不為零0 mp 無外磁場作用時，由于分無外磁場作用時，由于分子的熱運(yùn)動，分子磁矩取向各子的熱運(yùn)動，分子磁矩取向各不相同不相同,整個介質(zhì)不顯磁性。整個介質(zhì)不顯磁性。0 mp59 有外磁場時，分子磁矩要有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。0B0BpMm Mmp0BB 分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。602

30、. 抗磁質(zhì)及其磁化抗磁質(zhì)及其磁化抗磁質(zhì)分子固有磁矩抗磁質(zhì)分子固有磁矩0 mp無外磁場時無外磁場時0 mp在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩電子軌道磁矩電子軌道磁矩Lmp Smp 電子自旋磁矩電子自旋磁矩mp 與外磁場與外磁場方向反向方向反向電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用。電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用。0BB 抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的特性?？勾判允且磺写沤橘|(zhì)共同具有的特性。613. 電子的進(jìn)動產(chǎn)生附加磁矩電子的進(jìn)動產(chǎn)生附加磁矩以電子的軌道運(yùn)動的經(jīng)典模型解釋以電子的軌道運(yùn)動的經(jīng)典模型解釋mpLBM 電子受的磁力矩電子受的磁力矩BpMm 電子軌道角

31、動量增量電子軌道角動量增量LtMdd iL LdL旋進(jìn)，旋進(jìn)，附加的角動量附加的角動量 L*Lmp /BB它引起的磁矩反平行于它引起的磁矩反平行于削弱磁場，抗磁。削弱磁場，抗磁。62mpLBM Ld*Lmp /B 加上外磁場后加上外磁場后, ,總是產(chǎn)生一個與總是產(chǎn)生一個與B B0 0方向相反方向相反的附加磁場的附加磁場63三、磁化強(qiáng)度定義定義:順磁質(zhì)順磁質(zhì) VpMmV 0lim抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) VpMmV 0lim用來描述磁化的強(qiáng)弱用來描述磁化的強(qiáng)弱 V-宏觀小、微觀大宏觀小、微觀大順磁質(zhì)順磁質(zhì):M平行于平行于B抗磁質(zhì)抗磁質(zhì):反平行于反平行于MBBM和和 呈非線性關(guān)系呈非線性關(guān)系鐵磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：6

32、4四、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 有磁介質(zhì)存在時，任一點(diǎn)的磁場是由傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)存在時，任一點(diǎn)的磁場是由傳導(dǎo)電流I0和磁化電流和磁化電流IS共同產(chǎn)生的共同產(chǎn)生的.)(0sLIIl dB sIdlM dlMIIIl dBsL 000)( IldMBl)(0 定義定義:磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 MBH 0 單位：單位： Am1 Il dHlI 是穿過回路是穿過回路l所圍的所圍的傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流的代數(shù)和的代數(shù)和65磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理： 在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量H沿任一閉合路沿任一閉合路徑的線積分徑的線積分(即即H的環(huán)流的環(huán)流)等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電等于

33、包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān). 66五、B與H的關(guān)系 MBH 0 均勻各向同性的磁介質(zhì)均勻各向同性的磁介質(zhì)HMm m稱為磁介質(zhì)的磁化率稱為磁介質(zhì)的磁化率HB)1(0m HH r0)1(m r0 r r稱為磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率；稱為磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率； 為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率 67電介質(zhì)中的電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 SiSqqSdE)(/01 LsLLIIl dB00 l dMIl dBLLL 00 LLIl dMB)(0 MBH 0 LLIl dH SSSSdPqSdE0011 SSqSdPE)(0 PED 0 VeSdVSdD 68之之間的關(guān)系間的關(guān)系MHB,之間的關(guān)系之間的關(guān)系EDP,HMm EPe0 MBH 0 PED 0 HBm)( 10EDe01 )( )(mr 1)(er 1HHBr 0EEDr 0r 稱為相對磁導(dǎo)率稱為相對磁導(dǎo)率r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 稱為相對電容率稱為相對電容