大學(xué)物理2012.16

1、磁介質(zhì)：能夠影響磁場的物質(zhì)。磁介質(zhì)：能夠影響磁場的物質(zhì)。一、磁介質(zhì)的磁化一、磁介質(zhì)的磁化 . . . . . . 0I 0BB0磁化磁化面電流面電流密度（單位長度上的電流）密度（單位長度上的電流）j. . . .+磁化面電流磁化面電流l.0I0BIjB將介質(zhì)放入通電螺線管中將介質(zhì)放入通電螺線管中B0BB傳導(dǎo)電流的磁場（外磁場）傳導(dǎo)電流的磁場（外磁場）介質(zhì)中的合磁場介質(zhì)中的合磁場介質(zhì)磁化所產(chǎn)生的介質(zhì)磁化所產(chǎn)生的附加磁場附加磁場0I . . . . . . 0BB BBBB0實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明:均勻磁介質(zhì)被磁化后，介質(zhì)內(nèi)磁場和外磁均勻磁介質(zhì)被磁化后，介質(zhì)內(nèi)磁場和外磁場有下列數(shù)量關(guān)系場有下列數(shù)量關(guān)系0

2、BBr 為磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，由介質(zhì)為磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，由介質(zhì)種類種類和和狀狀態(tài)態(tài)決定。決定。介質(zhì)中的磁場介質(zhì)中的磁場外磁場外磁場附加磁場附加磁場介質(zhì)磁導(dǎo)率：介質(zhì)磁導(dǎo)率：r0N.A-2r，11反向反向B0B 與與 B0Brr，B0Br 1，B0B與與同向同向，0BBr 磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率：磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率：分子附加磁矩：分子附加磁矩：有外磁場作用時(shí)，電子在磁場作用下有外磁場作用時(shí)，電子在磁場作用下會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生附加磁矩而產(chǎn)生附加磁矩pm ，附加磁矩附加磁矩總是與外總是與外磁場磁場反向反向。LB0在外磁場作用下在外磁場作用下電子軌道的進(jìn)動(dòng)電子軌道的進(jìn)動(dòng)電子軌道平面電子軌道平面 從

3、宏觀上看，抗磁質(zhì)的附加磁場和外磁場相反。從宏觀上看，抗磁質(zhì)的附加磁場和外磁場相反。所以抗磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場削弱。所以抗磁質(zhì)磁化結(jié)果使介質(zhì)內(nèi)部的磁場削弱。 即：即： 抗磁質(zhì)分子的抗磁質(zhì)分子的固有磁矩為零固有磁矩為零（分子中各電子的（分子中各電子的磁效應(yīng)相互抵消）；在外電場作用下磁效應(yīng)相互抵消）；在外電場作用下電子附加磁矩電子附加磁矩的產(chǎn)生是抗磁質(zhì)磁化的唯一原因。而附加磁矩總是的產(chǎn)生是抗磁質(zhì)磁化的唯一原因。而附加磁矩總是與外磁場與外磁場反向反向。0BB如鉍、汞、銅、氫。如鉍、汞、銅、氫。 rr1BB 磁化電流的磁場與傳導(dǎo)電流的磁磁化電流的磁場與傳導(dǎo)電流的磁場一樣，場一樣，也是無源場，所以

4、有：也是無源場，所以有：0SSdB四、有磁介質(zhì)時(shí)的高斯定理四、有磁介質(zhì)時(shí)的高斯定理五、有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理五、有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理真空中真空中iIl dB00磁介質(zhì)中磁介質(zhì)中0BBrirIldB0irIldB0即定義：定義： 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度安培環(huán)路定理：安培環(huán)路定理：ilIldH傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流BBHr0rBB0 . I 0BB2、磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 H定義定義H0B真空中真空中BBr0介質(zhì)中介質(zhì)中HBr0HB或無限長直電流的磁場無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場長螺線管電流中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場aI

5、H 2 RIH2 nIH nIH aIB 2 RIB2 nIB3、無限大均勻磁介質(zhì)中磁場的畢、無限大均勻磁介質(zhì)中磁場的畢-薩定律薩定律204rrlIdBdllrrlIdBdB204nIB 0Il dHL0 l dEL 0qSdDS0 SdBSrDDE0HHBr0EBDH 例例1：環(huán)行載流螺線管環(huán)行載流螺線管1 R已知：已知：I n 2R分析對稱性分析對稱性磁力線分布如磁力線分布如圖圖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rR1R2.+.I.導(dǎo)線單位長度匝數(shù)導(dǎo)線單位長度匝數(shù)n. 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HrHHdll dH2NIldH外內(nèi)02nIrNIH

6、nIHBrNn2rR1R2.+. 一根很長的同軸電纜一根很長的同軸電纜 , 由由一導(dǎo)體圓柱一導(dǎo)體圓柱(半徑為半徑為R1)和一和一同軸的導(dǎo)體管同軸的導(dǎo)體管(內(nèi)、外半徑內(nèi)、外半徑分別為分別為R2、R3)構(gòu)成構(gòu)成 , 使用時(shí)使用時(shí), 電流電流I從一導(dǎo)體流出去從一導(dǎo)體流出去 , 從另從另一導(dǎo)體流回一導(dǎo)體流回. 設(shè)電流都是均設(shè)電流都是均勻地分布在導(dǎo)體橫截面上勻地分布在導(dǎo)體橫截面上 ,柱與管之間充滿磁導(dǎo)率為柱與管之間充滿磁導(dǎo)率為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)。例例11-2 求求: 空間各點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度空間各點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度 的分布。的分布。I1R2R3RII解解: 根據(jù)根據(jù) 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理liiIl dH222R

7、rIrHl dHL212 RIrH1） rR1IrHl dHL2rIH22)R1 rR221002 RIrHBrIHB21R2R3Rrr II3)22232232RRrRrIHR2 rR34)0III00BH222Rr 2223RRI2223223RRrRI)()(2222322300RRrRrIHB1R2R3Rrr0510 1520A測量測量H測量測量B 的探頭的探頭（霍爾元件）（霍爾元件）電阻電阻換換向向開開關(guān)關(guān)電流表電流表螺繞環(huán)螺繞環(huán)鐵環(huán)鐵環(huán)狹縫狹縫鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)測量磁滯回線的實(shí)驗(yàn)裝置測量磁滯回線的實(shí)驗(yàn)裝置05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)

8、中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H BHo.a05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .BHbo.a05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .BHboc.a05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B

9、 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .BHbo初始磁化曲線初始磁化曲線c.sB05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .BHsBabcosBsBsH05 10 1520AsNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .rB.BHabcdo05 10 1520AsNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .rB.BHabcdoBr05 10 1520A

10、sNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .crB.BHabcdeo05 10 1520AsNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .crB.BHcHabcdeo05 10 1520ANR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .crsB.BHcHabcdefosBrBsB05 10 1520AcsrNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由

11、式可得到可得到H .crB.BHcHabcdefgosBrB05 10 1520AcsrNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .crB.BHcHabcdefgosBrB磁磁 滯滯 回回 線線05 10 1520AcsrNR=2HI 從磁強(qiáng)計(jì)中可以從磁強(qiáng)計(jì)中可以測得測得B 根據(jù)電流的測量根據(jù)電流的測量再由式再由式可得到可得到H .crB.BH磁磁 滯滯 回回 線線cHabcdefgo磁滯現(xiàn)象：磁滯現(xiàn)象：H 滯后于滯后于 B 的變化的變化sBrB 鐵磁性的起因鐵磁性的起因磁疇的大小、形狀不一，大致說來，每個(gè)磁疇約含磁疇的大小、

12、形狀不一，大致說來，每個(gè)磁疇約含 個(gè)原子。每個(gè)磁疇都有一定的磁矩，由個(gè)原子。每個(gè)磁疇都有一定的磁矩，由電子自電子自旋磁矩自發(fā)取向一致產(chǎn)生，與電子的軌道運(yùn)動(dòng)無關(guān)旋磁矩自發(fā)取向一致產(chǎn)生，與電子的軌道運(yùn)動(dòng)無關(guān)。1510鐵磁質(zhì)內(nèi)存在許多鐵磁質(zhì)內(nèi)存在許多自發(fā)磁化自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱為的小區(qū)域，稱為磁疇磁疇。居里點(diǎn)居里點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，鐵磁物質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)，并把開始轉(zhuǎn)化的這一溫鐵磁物質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)，并把開始轉(zhuǎn)化的這一溫度稱為居里點(diǎn)。例如，鐵的居里點(diǎn)是度稱為居里點(diǎn)。例如，鐵的居里點(diǎn)是1043K。鐵磁性的微觀機(jī)制鐵磁性的微觀機(jī)制 2. 高高 值值 有很大的

13、磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以 使磁場增強(qiáng)使磁場增強(qiáng)3.磁滯磁滯 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。倍。倍。1010241. 非線性非線性 B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線圈中不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 HB 不成立不成立BHH B特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小， 磁滯回線窄。磁滯回線窄。特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，接近特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，接近 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力 小，磁滯回線接近于矩形。小