大學(xué)物理課件大學(xué)物理課件清華-磁學(xué)4

1、第9章 有磁介質(zhì)存在時的磁場1 物質(zhì)的磁性 磁介質(zhì)對磁場的影響有磁介質(zhì)的空間的磁場分布原有外磁場磁化的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場 順磁質(zhì)： 抗磁質(zhì)：統(tǒng)稱“弱磁質(zhì)” 鐵磁質(zhì)： 完全抗磁性物質(zhì)：超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時，其內(nèi)部磁場為零。2 磁介質(zhì)的磁化一、 分子電流與分子磁矩： 分子中任意電子的運(yùn)動繞核的旋轉(zhuǎn)軌道運(yùn)動繞自身軸旋轉(zhuǎn)自旋運(yùn)動均產(chǎn)生磁效應(yīng)物質(zhì)具有磁性的內(nèi)在根源。 任意電子運(yùn)動對外產(chǎn)生的總磁效應(yīng) 可看作一個等效環(huán)形電流，因而具有磁矩。 從磁效應(yīng)講，一個分子等效于一個圓電流分子電流分子中所有電子運(yùn)動的磁矩的矢量和就是整個分子的磁矩分子磁矩，固有磁矩在沒有外磁場時：，但取向無規(guī)則宏觀上對外不顯示磁性1.

2、抗磁質(zhì)的磁化：在沒有外磁場時，就單個電子而言，其軌道運(yùn)動與自旋運(yùn)動的磁矩均不為零。設(shè)：一個電子繞核運(yùn)動的速率為V，其等效圓電流為I ，其軌道運(yùn)動磁矩為 當(dāng)沒有外磁場時，向心力為庫侖力：加入外磁場后，電子還受洛侖茲力作用：外磁場分兩種情況討論：二、 磁介質(zhì)的磁化 A. 外磁場與磁矩方向相同：則電子所受洛侖茲力與庫侖力反向：fm使軌道運(yùn)動的向心力減小。量子理論：定態(tài)上的電子運(yùn)動軌道半徑不變相當(dāng)于在原磁矩上增加了一個反向磁矩 ：相應(yīng)應(yīng)有一反向附加磁化電流 Im， 激發(fā)出一個附加磁場 B. 外磁場與磁矩方向相反：則電子所受洛侖茲力與庫侖力同向：fm使軌道運(yùn)動的向心力增大。量子理論：定態(tài)上的電子運(yùn)動軌道

3、半徑不變。相當(dāng)于在原磁矩上增加了一個同向磁矩 ：相應(yīng)應(yīng)有一同向附加磁化電流 Im ，激發(fā)出一個附加磁場可見： 抗磁性源于外磁場對電子軌道運(yùn)動作用的結(jié)果，在任何原子或分子結(jié)構(gòu)中都會產(chǎn)生，是一切磁介質(zhì)所共有的性質(zhì)。2. 順磁質(zhì)的磁化：，但取向無規(guī)則分子磁矩宏觀上對外不顯示磁性。2. 順磁質(zhì)的磁化：有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩作用：其作用是使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向產(chǎn)生一等效磁化電流Im(分布電流)相應(yīng)的附加磁場與外磁場同向順磁效應(yīng)3 磁化強(qiáng)度矢量一、磁化強(qiáng)度矢量：表征物質(zhì)的宏觀磁性或介質(zhì)的磁化程度3. 對于順磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：2. 真空情況：1. 單位：A/ m4. 均勻磁化：二、磁化強(qiáng)度與磁化

4、電流的關(guān)系：磁化面電流密度：單位長度的分子磁化面電流則通過長為l 截面積為S 的磁化電流總量為：.+磁化面電流 1. 磁化面電流密度與磁化強(qiáng)度的關(guān)系：磁化面電流 l一段長為l 的介質(zhì)的磁化電流：這段介質(zhì)對應(yīng)的總磁矩大小：方向：這一段的磁化強(qiáng)度大?。悍较蛉鐖D說明：這是一個特例。一般情況應(yīng)為：磁化電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。比較電介質(zhì)極化關(guān)系類似2. 磁化強(qiáng)度環(huán)流磁化面電流 取矩形閉合回路abcda ，且：ab/cd/軸， cd在介質(zhì)內(nèi)， ab在介質(zhì)外。（普遍適用）4 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理一、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：1. 磁介質(zhì)中的安環(huán)定理：真空中：環(huán)路內(nèi)電荷定向運(yùn)動形成的電流傳導(dǎo)電

5、流磁介質(zhì)中：環(huán)路內(nèi)的磁化電流傳導(dǎo)電流與磁化電流在空間共同激發(fā)的磁場，即：磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理意義：磁場強(qiáng)度的環(huán)流只與傳導(dǎo)電流有關(guān)，在形式上與磁介質(zhì)的磁性無關(guān)2. 磁場強(qiáng)度：單位：沒有直接的物理意義。真空時：二、磁矢量 、 、 的關(guān)系：1. 磁化規(guī)律：各向同性均勻介質(zhì)：磁化率純數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān) 介質(zhì)均勻：介質(zhì)非均勻：真空中：順磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：2. 磁導(dǎo)率：各向同均勻介質(zhì)：其中：相對磁導(dǎo)率順磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：磁導(dǎo)率說明： 鐵磁質(zhì)：公式仍成立，但已非正比、單值、線性關(guān)系 對各向同均勻介質(zhì)，有介質(zhì)的情況可以使用與真空相似的磁場規(guī)律靜電場與穩(wěn)恒磁場的比較靜電場穩(wěn)恒磁場（靜磁場

6、）物理量高斯定理有源無旋場無源渦旋場環(huán)路定理有勢場無勢場性質(zhì)方程例1：均勻密繞螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻順磁質(zhì)。已知傳導(dǎo)電流 I=2.0A， 單位長度的匝數(shù) n=1000 匝/m，磁導(dǎo)率 =5.010-4 wb。環(huán) 截面半徑平均半徑 。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度解：在環(huán)內(nèi)作半徑為r 的同心回路:總匝數(shù)對稱性： 環(huán)路上各點(diǎn)磁場強(qiáng)度大小相等，方向沿該點(diǎn)切線。各向同均勻介質(zhì)：方向：與電流套合成右手系例2：一半徑為R1 的無限長圓柱導(dǎo)電體(0)中均勻通有電流 I 。 其外有一半徑為R2 的無限長同軸圓柱面，其上均勻分布著 反向電流 I 。兩者間充滿磁導(dǎo)率為 的均勻磁介質(zhì)。 求：空間任一點(diǎn)的磁場。解：磁場軸對稱分布，介質(zhì)軸對稱分布任作一個半徑為r 的同軸圓形環(huán)路 r1 R1相等 r1 R1 R1 r2 R2且：各情況磁場方向均沿環(huán)路切線，與電流套合成右手系例3：圖示C形硅鋼電磁鐵，鐵芯外有N匝線圈，通有電流 I 。硅 鋼片的相對磁導(dǎo)率為r ，鐵芯邊長l ，截面積 S ，空隙高度 為d 。 求:空隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。解：在鐵芯內(nèi)貼近外沿取閉合回路。設(shè)空隙中各量為：5 鐵磁質(zhì)的基本性質(zhì) 1. 附加磁場 ，且 ，是磁場的函數(shù)，不是常