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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,一、场对运动电荷作用力,回 顾,洛仑兹力,只改变电荷运动方向，不改变电荷运动速度大小,当带电粒子运动速度垂直于磁感强度，粒子做匀速圆周运动,圆周半径由,粒子运动周期,T,与速度无关,第1页,S,二,、,磁场对载流导线作用力 安培力,洛伦兹力,因为自由电子与晶格之间相互作用，使导线在宏观上看起来受到了磁场作用力.,安培定律,磁场对电流元作用,力,第2页,O,I,平面载流线圈边长分别为,l,1,和,l,2,载流线圈，电流为,I,三,、,磁场对,平面载流线圈作用力矩,1、磁矩,I,S,I,S,圆电流轴线上磁感强度公式,与电流成右螺旋关系,第3页,M,N,O,P,M,N,O,P,I,2 磁场作用于载流线圈磁力矩,如图,均匀,磁场中有一矩形载流线圈,MNOP,第4页,线圈有N匝时,M,N,O,P,I,M,N,O,P,第5页,I,B,.,.,.,.,.,I,B,B,+,+,+,+,+,I,稳定平衡,不,稳定平衡,讨 论,1,）方向与 相同,2,）方向相反,3,）方向垂直,力矩最大,第6页,向里,M,N,O,P,向里,侧视，向外,稳定平衡,均匀磁场,作用于载流线圈,磁力矩,第7页,M,N,O,P,侧视，向外,侧视，向里,M,N,O,P,I,.,当电流方向与刚才相反,第8页,侧视，向外,侧视，向里,M,N,O,P,侧视，向外,侧视，向里,不稳定平衡,第9页,结论:均匀,磁场中，任意形状,刚,性闭合,平面,通电线圈所受力和力矩为,与,成,右,螺旋,0,p,q,q,=,=,稳定,平衡,非稳定,平衡,磁矩,第10页,例1,边长为,0.2m,正方形线圈，共有,50,匝 ，通以电流,2A,，把线圈放在磁感应强度为,0.05T,均匀磁场中.问在什么方位时，线圈所受磁力矩最大？磁力矩等于多少？,解,得,问,假如是任意形状载流线圈，结果怎样？,第11页,I,R,Q,J,K,P,o,例2,如图半径为0.20m，电流为20A，可绕轴旋转圆形载流线圈放在均匀磁场中，磁感应强度大小为0.08T，方向沿,x,轴正向.问线圈受力情况怎样？线圈所受磁力矩又为多少？,解,把线圈分为,JQP,和,PKJ,两部分,以 为轴，所受磁力矩大小,第12页,I,R,Q,J,K,P,o,第13页,例3,截面积为,S,、密度为,铜导线被弯成正方形三边，能够绕水平轴,OO,转动，如图所表示。导线放在方向竖直向上匀强磁场中，当导线中电流为,I,时，导线离开原来竖直位置偏转一个角度,而平衡。求磁感应强度。若,S,=2mm,2,，,=8.9g/cm,3,，,=15,，,I,=10A,，磁感应强度大小为多少？,解：导线受重力和磁场力,磁场力力矩,第14页,重力力矩,由力矩平衡条件,第15页,顺磁质,定义:,如：氧、铝、钨、铂、铬等。,如：氮、水、铜、银、金、铋等。,如：铁、钴、镍等,r,不一样磁介质在磁场中所表现出特征不一样：,抗磁质,铁磁质,1.磁介质分类,I,I,磁介质对螺线管内场有影响,其内总磁场是：,相对磁导率,一、磁介质,15.5 磁场中磁介质,第16页,实物基本组成单元：分子、原子、电子,+,-,电子运动：,绕核运动,电流环,轨道磁矩,自旋运动,自旋磁矩,两种,运动磁效应总和,等效,分子,圆电流,分子固有磁矩,2.分子磁矩,第17页,3.顺磁质和抗磁质,两类磁介质,0,=0,顺磁质,抗磁质,二、,磁介质磁化,1,顺磁质磁化,可见：B,o,强，,N,S,第18页,-,当介质处于外磁场中，电子轨道磁矩受磁力矩:,在磁力矩作用下，轨道角动量绕磁场方向旋进。,电子附加一个磁矩:,2,抗磁质磁化,=0,当没有外磁场时,不显磁性,第19页,讨论,1,顺磁性介质处于外磁场时，,其体内磁场：,抗磁性介质处于外磁场时，,其体内磁场：,2,介质中抗磁效应在顺磁介质中是否有？,有！,3,若将一磁介质放入磁场中，你怎样,判断该介质是顺磁还是抗磁介质？,N,S,4,超导体是完全抗磁体,在外磁场中超导体内：,=0,注：,表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成,第20页,三、,磁介质中安培环路定理,1.磁化电流(,束缚电流),以无限长螺线管为例,顺,磁,质,在磁介质内部任一小区域：,相邻分子环流方向相反,在磁介质表面处各点：,分子环流未被抵消,形成沿表面流动面电流,束缚电流,结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。,第21页,顺,磁,质,2.磁介质中安培环路定理,I,i,为环路所包围传导电流。,I,s,为环路所包围,是磁化电流，难以测量,。,3.引入磁场强度,H,令,式中,称为磁介质磁导率,则安培环路定理就能够写成以下形式:,磁介质中安培环路定理,第22页,磁介质内磁场强度沿所选闭合路径环流等于闭合积分路径所包围全部,传导电流,代数和。,H,单位：,A/m,（SI）,一定条件下，可用安培环路定理求解磁场强度，然后再求解磁感应强度。,电介质对电场影响,介质中电场减弱,有,电介质时高斯定理,比较,第23页,例1,.,如图所表示,一电缆由半径为,R,1,长直导线和套在外面内、外半径分别为,R,2,和,R,3,同轴导体组成，其间充满相对磁导率为,r,各向同性非铁磁质。电流,I,由半径为R,1,中心导体,流入,纸面，由外面圆筒,流出,纸面，电流在导体横截面上,均匀,分布。求磁场分布,。,解：,因为电流分布和磁介质分布含有轴对称性，可知磁场分布也有轴对称性：,H,线和,B,线都是在垂直于轴线平面内，并以轴线上某点为圆心同心圆。于是选取距轴线距离,r,为半径圆为安培环路,L,，取顺时针方向为绕行方向，应用式（15-52）介质中安培环路定理则有：,第24页,H,和,B,随离轴线距离改变曲线,第25页,四、铁磁质,1.主要特征,能产生非常大附加磁场,B,。甚至千倍于外磁场,B,0,，而且同方向。,B,和,H,不是线性关系，是一复杂函数关系。即相对磁导率,r,能够很大但不是常量，,r,是磁场强度,H,函数。,B,改变落后于,H,改变，称磁滞现象。当,H,=0时,有剩磁现象。,各种不一样铁磁质各有一临界温度,T,c,当,T,T,c,时，失去铁磁性，成为普通顺磁质。,T,c,称为铁磁质居里点。如铁居里点为1040K，镍居里点是631K等等。,第26页,2.,磁化曲线,装置,：,环形螺绕环，用铁磁质,充满环内空间。,试验,测量,B：,由,(1)铁磁质,r,不是个常数，它是,H,函数。,原理,：依据安培定理,由通有传导电流得：,结论,在螺绕环磁隙,处测量,得出,曲线:,第27页,B,改变落后于,H,，从而含有,剩磁,磁滞效应,每个,H,对应不一样,B,与磁化历史相关。,1)起始磁化曲线,2)剩磁,B,r,饱和磁感应强度,B,S,3)矫顽力,H,c,(2)磁滞回线,(3)在交变电流励磁下重复磁化使其温度升高,磁滞损耗,磁滞损耗,与,磁滞回线,所包围面积成正比。,第28页,交换力：电子之间交换作用使其在自旋平行排列,时能量较低，这是一个,量子效应,。,磁畴：原子间电子交换耦合作用,很强，使其自旋磁矩平行,排列形成,磁畴,自发磁化区域。,铁磁性主要起源于电子自旋磁矩。,3.,铁磁质磁化机制,磁畴改变可用金相显微镜观察,H=0,H,H,H,H,H,B,第29页,依据当代理论，铁磁质相邻原子,电子之间存在很强“交换耦合作用”,使得在无外磁场作用时 电子自旋磁矩,能在小区域内自发地平行排列 形成自,发磁化到达饱和状态微小区域 这些,区域称为“磁畴”,用磁畴理论能够解释铁磁质磁化,过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点,1892年罗辛格首先提出 磁畴形成,是因为磁偶极子间非磁性相互作用,*,深入认识,磁畴,第30页,1926年海森堡用量子力学中交换力解,释了磁偶极子间相互作用起源,第31页,1935年 朗道和栗佛希兹从磁场能量,观点说明了磁畴成因,第32页,纯铁,硅铁,钴,磁畴,第33页,Si-Fe,单晶,(001)面,磁畴结构,箭头表示,磁化方向,0.,1mm,第34页,2,磁滞,现象是因为材料有杂质和内应力等作用，,当撤掉外磁场时，磁畴畴壁极难恢复到原来,形状而表现出来。,3,当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩规则,排列。在临界温度（相变温度,Tc,）时，铁磁质完,全变成了顺磁质。,居里点,Tc,(,Curie Point,),1,当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质磁化就,到达饱和状态。饱和磁化强度,M,S,等于每个磁畴中,原来磁化强度，该值很大。,这就是铁磁质磁性,r,大原因。,说明：,如：铁为 1040,K,，钴为 1390,K,，镍为 630,K,第35页,(1)软磁材料：,r,大，(,起始磁化率大,)饱和磁感应强度大,适合用于变压器、继电器、电机、以及各种高频,电磁元件磁芯、磁棒。,4.,铁磁质分类,特点：,矫顽力(,Hc,)小，,磁滞回线面积窄而长，,损耗小（,HdB,面积小）。,易磁化、易退磁,纯铁，坡莫合金(,Fe，Ni,)，,硅钢，铁氧体等。,如,(2)硬磁材料：,钨钢，碳钢，铝镍钴合金,矫顽力(,Hc,)大，,剩磁,B,r,大,磁滞回线面积大，损耗大。,适合用于做永磁铁。,耳机中永久磁铁，永磁扬声器。,第36页,(3)矩磁材料,B,r,=,B,S,，,H,c,不大，,磁滞回线是矩形。用于,记忆元件,，,锰镁铁氧体，锂锰铁氧体,当+脉冲产生,HH,C，,使磁芯呈+,B态，,则脉冲产生H H,C,使磁芯呈,B态，,可做为二进制两个态。,第37页,