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1、2 2 磁场磁场 磁感强度磁感强度一一. .磁场磁场电流电流 或运动电荷周围既有电场或运动电荷周围既有电场 又有磁场又有磁场磁场的宏观性质：磁场的宏观性质：对运动电荷对运动电荷( (或电流或电流) )有力的作用有力的作用磁场有能量磁场有能量 二二. .磁感强度磁感强度运动电荷在电磁场中受力：运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式洛仑兹力公式电场力，与电荷电场力，与电荷的运动状态无关的运动状态无关磁场力，运动磁场力，运动电荷才受磁力电荷才受磁力 洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是力的基本关系式 洛仑兹力是相对论不变式洛仑兹力是相对论不变式 磁感强度磁感强度 (Magnetic Induction)
2、(Magnetic Induction)或称磁通密度或称磁通密度 (magnetic flux density)(magnetic flux density) 单位：特斯拉单位：特斯拉(T)无头无尾无头无尾 闭合曲线闭合曲线3 3 磁力线磁力线 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理一一. .磁力线磁力线1. 1. 典型电流的磁力线典型电流的磁力线2. 2. 磁力线的性质磁力线的性质二二. . 磁通量磁通量单位：韦伯单位：韦伯(Wb)(Wb)与电流与电流套连套连与电流成右与电流成右手螺旋关系手螺旋关系三三. . 磁通连续原理（磁场的高斯定理）磁通连续原理（磁场的高斯定理）4 4 毕萨拉定律
3、及应用毕萨拉定律及应用一一. . 毕萨拉定律毕萨拉定律电流元电流元 current elementcurrent element微分形式微分形式无源场无源场真空中的磁导率真空中的磁导率例例1 1 求圆电流中心的磁感强度求圆电流中心的磁感强度 解：任取电流元解：任取电流元在场点在场点O O的磁感强度方向垂直纸面向外的磁感强度方向垂直纸面向外大小为大小为各电流元的磁场方向相同各电流元的磁场方向相同 大小直接相加大小直接相加H/mH/m例例2 2 平面载流线圈的磁矩平面载流线圈的磁矩 磁偶极子磁偶极子平面载流线圈平面载流线圈magnetic (dipole) momentmagnetic (dipo
4、le) moment定义平面载流线圈的磁矩定义平面载流线圈的磁矩如果如果 场点距平面线圈的距离场点距平面线圈的距离平面线圈的平面线圈的平均线度平均线度则称为磁偶极子则称为磁偶极子磁偶极矩磁偶极矩电偶极子电偶极子磁偶极子磁偶极子电偶极矩电偶极矩磁偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同场量的表达形式相同- +- +例例3 3 直电流磁场的特点直电流磁场的特点1)1)场点在直电流延长线上场点在直电流延长线上2)2)长直载流导线长直载流导线 中垂线上一点中垂线上一点 各电流元产生的磁感强度方向相同各电流元产生的磁感强度方向相同 中垂线上半部分电流与中垂线下半部分中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供电
5、流各提供1/2的磁感强度的磁感强度 无限长和半无限长载流导线无限长和半无限长载流导线则有必然结果则有必然结果5 5 安培环路定理及应用安培环路定理及应用一一. .定理表述定理表述在恒定磁场中，磁感强度在恒定磁场中，磁感强度 沿任一闭合环路的线积分，等于穿沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的过该环路的所有电流的代数和的倍。倍。空间所有电流共同产生的空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向任意规定一个绕行方向L L上的任一线元上的任一线元与与L L套连的电流套连的电流如图示的如图示的代数和代数和与与L绕行方向成右螺电流取正绕行方向成右
6、螺电流取正如图示的电流如图示的电流取正取正取负取负电流分布电流分布二二. . 安培环路定理在解场方面的应用安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路的环路L L，利用磁场的环路定理比较方便地求，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。解场量。( (具体实施，类似于电场强度的高斯具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。定理的解题。) )例例1 1 求密绕长直螺线管内部的磁感强度求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为总匝数为N N 总长为总长为通过稳恒电流通过稳恒电流 电流强度为电流强度为分析对称性分析对称性 知内部场沿轴向知内部
7、场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系方向与电流成右手螺旋关系由磁通连续由磁通连续原理可得原理可得取过场点的每个边都相当小的矩形环路取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcdaabcda由安培环路定理由安培环路定理均匀场均匀场由安培环路定理可解一些典型的场由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线无限长载流直导线 密绕螺绕环密绕螺绕环无限大均匀载流平面无限大均匀载流平面匝数匝数场点距中心场点距中心的距离的距离(面面)电流的电流的(线线)密度密度电流密度电流密度( (体体) )电流的电流的( (面面) )密度密度如图如图 电流强度为电流强度为I I的电流通过截面的电流通过截面S S若均匀通过若均匀
8、通过 电流密度为电流密度为( (面面) )电流的电流的( (线线) )密度密度如图如图 电流强度为电流强度为I I的电流通过截线的电流通过截线若均匀通过若均匀通过 则则6 6 磁力及其应用磁力及其应用一一. .带电粒子在磁场中受力带电粒子在磁场中受力1.1.洛仑兹力洛仑兹力2.2.应用之一应用之一 霍耳效应霍耳效应金属导体金属导体18791879年美国物理年美国物理学家霍耳发现：学家霍耳发现：对应图中沿对应图中沿Z方方向有电势差向有电势差霍耳效应霍耳效应金属导体金属导体实验测定霍耳电势差实验测定霍耳电势差霍耳系数霍耳系数可以用带电粒子在磁场中受力解释，可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释
9、只能用电子的量子理论。精确的解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：霍耳效应的应用：判定导电机制判定导电机制测量未知磁感强度测量未知磁感强度二二. . 载流导线在磁场中受力载流导线在磁场中受力1.1.安培力公式安培力公式怎么计算电流受到的磁场力？怎么计算电流受到的磁场力？安培指出安培指出 任意电流元受力为任意电流元受力为整个电流受力整个电流受力安培力公式安培力公式例例1 1 在均匀磁场中放置一半径为在均匀磁场中放置一半径为R R的半圆形导线，的半圆形导线，电流强度为电流强度为I I，导线两端连线与磁感强度方向夹角，导线两端连线与磁感强度方向夹角 =30=30，求此段圆弧电流受的磁力。，求此段
10、圆弧电流受的磁力。 =30=30解：在电流上任解：在电流上任取电流元取电流元场均匀场均匀方向方向例例2 2 如图如图 长直导线过圆电流的中心且垂直长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面圆电流平面 电流强度均为电流强度均为I I求：相互作用力求：相互作用力解：在电流上任取电流元解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？在哪个电流上取？)2.2.载流线圈在均匀磁场中载流线圈在均匀磁场中合力合力力矩力矩3.3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量载流线圈在均匀磁场中得到的能量与静电场对比与静电场对比第四章完第四章完本章编者：刘凤英本章编者：刘凤英 李钟泽李钟泽第五章第五章 物质中的稳恒磁场物质中的稳恒磁场介
11、质的相对介质的相对磁导率磁导率顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质1 1 磁介质及其分类磁介质及其分类一一. . 磁介质的分类磁介质的分类介质对场有影响介质对场有影响 总场是总场是类比电介质中的电场类比电介质中的电场传导电流产生传导电流产生与介质有关的电流产生与介质有关的电流产生定义定义在介质均匀充满在介质均匀充满磁场的情况下磁场的情况下二二. . 磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化电流磁化电流1. 1. 分子电流分子电流 分子磁矩分子磁矩 磁偶极子磁偶极子每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质磁畴磁畴轨道角动量轨道角动量对应的磁矩对应的磁矩自旋角动量自旋角动量对应的
12、磁矩对应的磁矩铁磁质铁磁质2.2.磁化的微观解释磁化的微观解释1)1)顺磁性顺磁性方向与方向与 方向相同方向相同2)2)抗磁性抗磁性分子中电子轨道角动量的旋进分子中电子轨道角动量的旋进电子轨道磁矩受磁力矩方向电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内垂直纸面向内轨道角动量绕磁场旋进轨道角动量绕磁场旋进电子附加一个与磁感电子附加一个与磁感强度相反的磁矩强度相反的磁矩3.3.磁化电流磁化电流由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子电流对应的分子电流 ，如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。性介质，将被均匀磁
13、化。均匀磁场均匀磁场螺线管截面螺线管截面三三. .磁化强度磁化强度1.1.磁化强度磁化强度2.2.磁化强度与磁化电流的关系磁化强度与磁化电流的关系以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例可以证明可以证明类比电介质类比电介质 2 2 磁场强度磁场强度一一. .有介质时的环路定理有介质时的环路定理二二. . 三者的关系三者的关系普遍普遍特殊特殊各向同性各向同性代入代入3 3 铁磁质铁磁质一一. . 铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质1. 1. 可使原场大幅度增加可使原场大幅度增加2. 2. 与磁化历史有关与磁化历史有关 B-HB-H 非线性非线性3. 3. 磁滞现象磁滞现象4. 4. 居里温度居里温度二二. .铁磁性起因铁磁性起因 量子理论量子理论 磁畴磁畴第五章完第五章完本章编者：刘凤英本章编者：刘凤英 李钟泽李钟泽
