《最新大学物理磁学2PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新大学物理磁学2PPT课件（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大学物理磁学大学物理磁学2 2d+oPAB1、无限长载流直导线、无限长载流直导线3、直线电流延长线上的点、直线电流延长线上的点B=02、半无限长载流直导线、半无限长载流直导线（3）电流不垂直穿过环路平面）电流不垂直穿过环路平面I II I I I（4 4）电流在环路之外）电流在环路之外 rd r B dl结论：结论：结论：结论：电流在环路之外电流在环路之外说明说明: :回路外电流只影响回路外电流只影响B B而而不会影响它沿闭合回路的积分不会影响它沿闭合回路的积分I I I I rd r B dl安培环路定理安培环路定理安培环路定理安培环路定理 在在在在真空真空真空真空中，磁感应强度中，磁感应强
2、度中，磁感应强度中，磁感应强度 B B矢量沿任何闭合曲线矢量沿任何闭合曲线矢量沿任何闭合曲线矢量沿任何闭合曲线L L一周的线积分，等于闭合曲线所包围的一周的线积分，等于闭合曲线所包围的一周的线积分，等于闭合曲线所包围的一周的线积分，等于闭合曲线所包围的电流的代电流的代电流的代电流的代数和数和数和数和的的的的 o o倍，而与曲线的形状大小无关。倍，而与曲线的形状大小无关。倍，而与曲线的形状大小无关。倍，而与曲线的形状大小无关。二、二、二、二、安培环路定理的应用安培环路定理的应用安培环路定理的应用安培环路定理的应用1 1、长直螺线管内的磁感应强度、长直螺线管内的磁感应强度c cabd d选选l（如
3、图所示矩形（如图所示矩形abcd）由安培环路定理由安培环路定理穿过矩形环路的电流强度：穿过矩形环路的电流强度：穿过矩形环路的电流强度：穿过矩形环路的电流强度：安培环路定理：安培环路定理：安培环路定理：安培环路定理：c cabd d设：设：n为单位长度匝数为单位长度匝数2 2、螺线环内的磁感应强度、螺线环内的磁感应强度r r r r由安培环路定理由安培环路定理选选l（如图所示圆环）（如图所示圆环） RI3 3、无限长载流圆柱形导体的磁场分布、无限长载流圆柱形导体的磁场分布（1 1）圆柱外的磁场）圆柱外的磁场(rR)(rR)（2 2）圆柱内的磁场）圆柱内的磁场(rR)(rR)：选选l（如图所示圆环
4、）（如图所示圆环）选选l（如图所示圆环）（如图所示圆环）由安培环路定理由安培环路定理r rr rRIRrBRIr rr r例例5 无限长载流圆柱面的磁场无限长载流圆柱面的磁场解解求：空腔内任意点磁感应强度求：空腔内任意点磁感应强度解：解：已知：半径为已知：半径为a的无限长直均匀载流圆柱体内有一半的无限长直均匀载流圆柱体内有一半经为经为b的长圆柱空腔的长圆柱空腔,给此导体通以电流给此导体通以电流IoabIo圆柱内的磁场圆柱内的磁场(rR)(r Bo , r 1（2 2 2 2）抗磁性介质：）抗磁性介质：）抗磁性介质：）抗磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。介质磁化后呈弱磁性。介质磁化后呈弱磁性。介质
5、磁化后呈弱磁性。附加磁场附加磁场B 与外场与外场Bo反向。反向。 B Bo , r Bo , r 1（4 4）超导体）超导体）超导体）超导体( (完全抗磁体）：完全抗磁体）：完全抗磁体）：完全抗磁体）：B=0B=0二、分子电流和分子磁矩二、分子电流和分子磁矩二、分子电流和分子磁矩二、分子电流和分子磁矩 分子磁矩分子磁矩分子磁矩分子磁矩各电子磁矩各电子磁矩各电子磁矩各电子磁矩 近代科学实践证明，分子或原子中的电子存在近代科学实践证明，分子或原子中的电子存在轨道运动轨道运动轨道运动轨道运动和和自自自自旋运动旋运动旋运动旋运动。这两种运动都能产生磁效应。这两种运动都能产生磁效应。 分子或原子中各电子
6、对外产生磁效应的总和，等效于一个圆电分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，等效于一个圆电流，称为流，称为“分子电流分子电流”。分子电流的磁矩称为。分子电流的磁矩称为“分子磁矩分子磁矩”单个电子绕核：单个电子绕核：+-+-+ 电子的进动：电子的进动：在外磁场在外磁场 的作用下，分子或原子中和每的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电保持环绕原子核的运动
7、和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。进动进动进动进动进动进动 附加磁矩：附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号符号 表示。表示。 可以证明：可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场是何值，在外磁场 中，电子角动量中，电子角动量 进动的转向总是和进动的转向总是和 的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与远与 的方向相反。的方向
8、相反。三、弱磁质的磁化规律三、弱磁质的磁化规律三、弱磁质的磁化规律三、弱磁质的磁化规律两种弱磁质结构特点不同两种弱磁质结构特点不同顺磁质：分子固有磁矩不为顺磁质：分子固有磁矩不为顺磁质：分子固有磁矩不为顺磁质：分子固有磁矩不为0抗磁质：分子固有磁矩为抗磁质：分子固有磁矩为抗磁质：分子固有磁矩为抗磁质：分子固有磁矩为0顺磁质顺磁质顺磁质顺磁质（a）无外磁场时，杂乱无章（）无外磁场时，杂乱无章（热运动热运动）-+-+-B B0 0+-+-+（b）加外磁场）加外磁场B0有序有序顺磁质顺磁质与与 同方向同方向但由于 ，所以附加磁感应强度抗磁质抗磁质抗磁质抗磁质 抗抗磁磁材材料料在在外外磁磁场场的的作作
9、用用下下，磁磁体体内内任任意意体体积积元元中中大大量量分分子子或或原原子子的的附附加加磁磁矩矩的的矢矢量量和和 有有一一定定的的量量值值，结结果果在在磁磁体体内内激激发发一一个个和和外外磁磁场场方方向向相相反反的的附附加加磁磁场场，这这就就是是抗抗磁磁性的起源。性的起源。（a）无外磁场时）无外磁场时（b）加外磁场）加外磁场B01. 1. 1. 1. 磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度( (大小与方向大小与方向) )的物理量。的物理量。均匀磁化均匀磁化非均匀磁化非均匀磁化888 8 有介质时的安培环路有介质时的安培环路有介质时的安培环路有介质时的安培环路定理定理
10、定理定理 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁化强度，用，称为磁化强度，用 表示。表示。 磁化强度的单位：磁化强度的单位： 注意：注意：对顺磁质，对顺磁质， 可以忽略；可以忽略； 对抗磁质对抗磁质 ，对于真空，对于真空， 。 外磁场为零，磁化强度为零。外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零外磁场不为零: :顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质2. 2. 2. 2. 磁化电流磁化电流磁化电流磁化电流 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵对于各向同性的均匀介质，
11、介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流磁化面电流（或安培表面电流）（或安培表面电流）。 设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为 （面磁化电流密度），则长为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流的一段介质上的磁化电流强度强度I IS S为为 取一长方形闭合回路取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为行与柱体轴线，
12、长度为l，而，而BC、AD两边则垂直于柱面。两边则垂直于柱面。 磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。面积内的总磁化电流。3 3. .有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理磁介质中的磁介质中的总磁感应强度总磁感应强度为：为：有磁介质时有磁介质时单位单位: :A/m磁介质存在时的安培环路定理磁介质存在时的安培环路定理磁介质存在时的安培环路定理磁介质存在时的安培环路定理 磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路所包围的传导电流所包围的传导电流所包围的传导电流所包围
13、的传导电流的代数和，而在形式上与磁介质中的磁的代数和，而在形式上与磁介质中的磁化电流无关。化电流无关。为为磁场强度磁场强度矢量矢量定义定义 实实验验证证明明：对对于于各各向向同同性性的的介介质质，在在磁磁介介质质中中任任意意一一点磁化强度和磁场强度成正比。点磁化强度和磁场强度成正比。 式式中中 只只与与磁磁介介质质的的性性质质有有关关，称称为为磁磁介介质质的的磁磁化化率率，是是一一个个纯纯数数。如如果果磁磁介介质质是是均均匀匀的的，它它是是一一个个常常量量；如如果果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。相对磁导率磁导率 值值得得注注意意： 为为研研究究介介
14、质质中中的的磁磁场场提提供供方方便便而而不不是是反反映映磁场性质的基本物理量，磁场性质的基本物理量， 才是反映磁场性质的基本物理量。才是反映磁场性质的基本物理量。有磁介质时的安培环路定理应用举例有磁介质时的安培环路定理应用举例螺绕环如图螺绕环如图, ,知知I、N、 R1 、 R2. .螺绕环内充满均匀介质螺绕环内充满均匀介质R1R2r求求环内磁场强度和磁感应强度环内磁场强度和磁感应强度解解：根据磁场分布特点根据磁场分布特点,取同心圆形取同心圆形 回回路路L,半径半径 R1 r R2 .均匀介质均匀介质 B=H ,所以所以:真空情况真空情况, ,r=1,即即= 0 ,此时此时B=B0=例例半径为
15、半径为R1的无限长圆柱导线通电流的无限长圆柱导线通电流I I , ,外面有半径为的同轴圆外面有半径为的同轴圆柱面半径柱面半径R1 , ,通反向电流通反向电流I I, ,两导体之间充满磁导率为两导体之间充满磁导率为 的磁介质的磁介质, ,求磁场的分布求磁场的分布. .解：解：R2R1I (1) (1) 两导体之间的磁介质内两导体之间的磁介质内 取回路取回路L1 根据磁场分布的对称性取回路根据磁场分布的对称性取回路I IR1R2I IBr0分布曲线如右图分布曲线如右图r1L1(2)(2)在圆柱体内在圆柱体内取回路取回路L2. .(3)(3)在圆柱面外在圆柱面外取回路取回路L3. .R1 L3I Ir2L2R1R2Br0
