磁介质动生电动势PPT课件

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1、磁场中的磁介质磁场中的磁介质7-8-17-8-1物质的磁性物质的磁性 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响真空中真空中有介质时有介质时一一. . 磁介质的分类磁介质的分类7-8 7-8 磁介质磁介质介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类比电介质类比电介质中的电场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氧气、空气、铝铜、汞、铅铁、钴、镍7-8-2 7-8-2 磁介质的磁化机理磁介质的磁化机理 磁化电流磁化电流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磁矩对应

2、的磁矩1. 1. 分子电流分子电流 分子磁矩分子磁矩 磁偶极矩磁偶极矩每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流讨论加外磁场讨论加外磁场（1 1）、）、（2 2）、）、称为分子的抗称为分子的抗磁效应磁效应顺磁质顺磁质无外场时无外场时加外场时加外场时分子磁矩要受到一个力矩分子磁矩要受到一个力矩M的作用，的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。使分子磁矩转向外磁场的方向。MpmB=+MB0pm但但显顺磁质显顺磁质磁畴磁畴铁磁质铁磁质抗磁质抗磁质无外场时无外场时加外场时加外场时显抗磁质显抗磁质7 78 83 3 磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化强度磁化强度 单位体积内分子磁单位体积内分子磁矩矢量和矩矢量

3、和无外场时无外场时加外场时加外场时考虑顺磁质考虑顺磁质B01.1.1.1.磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度siB0sj磁化面电流磁化面电流磁化面电流磁化面电流lS圆柱体横截面积圆柱体横截面积S磁化面电流密度（单位长度上的电流）磁化面电流密度（单位长度上的电流）下面讨论磁化强度的路径积分下面讨论磁化强度的路径积分磁介质外部磁介质外部7-8-4 7-8-4 磁场强度磁场强度H HH H的环路定理的环路定理各向同性各向同性一一. .有介质时的环路定理有介质时的环路定理 例例 在螺绕环上密绕线圈共在螺绕环上密绕线圈共400匝，匝，环的平均周长是环的平均周长是40cm，当导线内通有电流，当导线内通有电流

4、20A时，利用冲击电流计测得环内磁感应强时，利用冲击电流计测得环内磁感应强度是，计算度是，计算 (1)磁场强度磁场强度; (2)磁化强度磁化强度; (3)磁化率磁化率; (4)磁化面电流和相对磁导率。磁化面电流和相对磁导率。 解：解：=HNIl(1)400200.4=2.0104(A/m )=BHm0M4p10-7=1.02.0104=105(A/m )=7.761052.010438.8=jslIs=Ml=105(A )7.761050.4=Is=isN3.1105400=775(A )=+=mr1cm(2)(3)(4)=HMcm例：如图，半径为例：如图，半径为 ，磁导率为，磁导率为 的无限

5、长圆柱体的无限长圆柱体通有电流通有电流I I，半径为，半径为 的无限长柱壳通有反向电流的无限长柱壳通有反向电流I I，在它们之间充满磁导率为在它们之间充满磁导率为 的介质，求的介质，求 ， 的分布的分布磁介质不充满磁场的情形，如顺磁质。磁介质内磁介质不充满磁场的情形，如顺磁质。磁介质内BAB0二二. .有介质时的磁场高斯定理有介质时的磁场高斯定理 铁磁质是一种强磁质，磁铁磁质是一种强磁质，磁化后的附加磁感应强度远大于化后的附加磁感应强度远大于外磁场的磁感应强度，因此用外磁场的磁感应强度，因此用途广泛。铁、钴、镍以及许多途广泛。铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质。合金都属于铁磁质。7-8-5 铁

6、磁质铁磁质铁磁质铁磁质3. 有剩磁，即撤去有剩磁，即撤去H，B=Br 0,有有磁饱和及磁滞现象。磁饱和及磁滞现象。4.存在居里点，即一个临界温度，在此温度发生突变。在存在居里点，即一个临界温度，在此温度发生突变。在存在居里点，即一个临界温度，在此温度发生突变。在存在居里点，即一个临界温度，在此温度发生突变。在居里点以上，铁磁质转变为顺磁质。居里点以上，铁磁质转变为顺磁质。居里点以上，铁磁质转变为顺磁质。居里点以上，铁磁质转变为顺磁质。1. 磁导率磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。中的电流，还决定于铁磁质样品磁化

7、的历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。2. 有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强100-10000倍。倍。铁磁质的特性：铁磁质的特性：铁磁质的特性：铁磁质的特性：铁磁质铁磁质铁、钴、镍、镝等物质铁、钴、镍、镝等物质5.永久磁铁吸引永久磁铁吸引铁磁质。铁磁质。铁磁质。铁磁质。NSNS磁磁 滞滞 回回 线：线：csrHB.cHrBB.BHabcdefgosB矫顽力矫顽力矫顽力矫顽力剩余磁感应强度剩余磁感应强度剩余磁感应强度剩余磁感应强度饱和磁感应强度饱和磁感应强度饱和磁感应强度饱和磁感应强度cH磁滞现象：磁滞现象：H 滞后于滞后于B 的变化

8、的变化BrsB 磁性材料：磁性材料：软磁材料软磁材料 特点：磁导率大，矫顽力小，特点：磁导率大，矫顽力小， 磁滞回线窄。磁滞回线窄。 应用：硅钢片，作变压器的铁应用：硅钢片，作变压器的铁 芯。铁氧体（非金属）芯。铁氧体（非金属） 作高频线圈的磁芯材料。作高频线圈的磁芯材料。矩磁材料：作计算机中的记忆元件。矩磁材料：作计算机中的记忆元件。硬磁材料硬磁材料 特点：剩余磁感应强度大，矫特点：剩余磁感应强度大，矫 顽力大，磁滞回线宽。顽力大，磁滞回线宽。 应用：作永久磁铁，永磁喇叭应用：作永久磁铁，永磁喇叭测量磁滞回线的实验装置测量磁滞回线的实验装置0510 1520磁强计磁强计A测量测量H测量测量B

9、 的探头的探头（霍尔元件）（霍尔元件）电阻电阻换换向向开开关关电流表电流表螺绕环螺绕环铁环铁环狭缝狭缝05 10 1520磁强计磁强计磁强计磁强计ANR=2HI从磁强计中从磁强计中可以测得可以测得B 根据电流的测根据电流的测量再由式量再由式可得到可得到H 磁磁 滞滞 回回 线线csrHB.cHrBB.BHabcdefgosB磁畴磁畴铁磁质磁化机理铁磁质磁化机理无外场时无外场时有外场时有外场时 铁磁质内部相邻原子的磁铁磁质内部相邻原子的磁矩会在一个微小的区域内形成矩会在一个微小的区域内形成方向一致、排列非常整齐的方向一致、排列非常整齐的 “ “自发磁化区自发磁化区”，称为磁畴。，称为磁畴。 每个

10、磁畴所含分子数：每个磁畴所含分子数： 磁畴大小：磁畴大小：铁磁质在外磁场中的铁磁质在外磁场中的磁化过程主要为畴壁磁化过程主要为畴壁的移动和磁畴内磁矩的移动和磁畴内磁矩的转向。的转向。 自发磁化方向自发磁化方向逐渐转向外磁场方逐渐转向外磁场方向（磁畴转向），向（磁畴转向），直到所有磁畴都沿直到所有磁畴都沿外磁场方向整齐排外磁场方向整齐排列时，铁磁质就达列时，铁磁质就达到磁饱和状态。到磁饱和状态。 铁的居里点：铁的居里点：T = 1040= 1040K 镍的居里点：镍的居里点：T = 631= 631K 第第8 8章章 变化的电磁场变化的电磁场电磁感应现象电磁感应现象B8-1 8-1 电磁感应定律

11、电磁感应定律8-1-18-1-1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 即即 变化变化在闭合回路上产生电流的条件：在闭合回路上产生电流的条件：之一变化之一变化只要只要结论：结论： 形成形成电流电流本质是电动势本质是电动势 形成的形成的电流称为电流称为感应电流感应电流8-1-2 8-1-2 规律规律1. 1. 楞次定律楞次定律- -感应电流的方向感应电流的方向闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。楞次定律楞次定律是能量守恒定律在是能量守恒定律在电磁感应现象上的电磁感应现象上的具

12、体体现。具体体现。2. 2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律- -感应电动势的大小感应电动势的大小为以闭合回路为为以闭合回路为周界任意面积的通量周界任意面积的通量法拉第电法拉第电磁感应定磁感应定律律SISI单位下取单位下取考虑楞次定律则考虑楞次定律则为闭合回路为闭合回路的电动势的电动势注意上式应用要配以某些约定的注意上式应用要配以某些约定的 或考虑楞次定律的或考虑楞次定律的 约定约定首先任定回路的绕行方向首先任定回路的绕行方向当当磁力线方向与绕行方向成右螺时规定磁磁力线方向与绕行方向成右螺时规定磁通量为正通量为正规定电动势方向与绕行方向一致时为正规定电动势方向与绕行方向一致时为正根据这一

13、符号系统可以由楞次定律确定根据这一符号系统可以由楞次定律确定电动势电动势的方向。的方向。dS 右旋符号系统：右旋符号系统： 绕行方向绕行方向L和法线方向和法线方向 n构成一个右旋符号系统。构成一个右旋符号系统。的方向：和的方向：和L构成右旋构成右旋dS作为作为dS正方向。正方向。的符号：的符号：和和L方向绕行一致为方向绕行一致为“”。的符号：的符号：Ln090 为为“”。dS夹角小于夹角小于B与与 符号的确定符号的确定 分四种情况讨论：分四种情况讨论： 01.，i0 由定律得由定律得与与故故iL方向相反。方向相反。 02.， 由定律得由定律得dd t0dd t0LniLni绕绕行行方方向向绕绕

14、行行方方向向故故与L方向相同。方向相同。ii0dd t0，0dd t0，03. （同学自证）（同学自证）4. （同学自证）（同学自证）若有若有N 匝导线匝导线i=dd tN=ddt=N磁通链数磁通链数感应电流感应电流:d=Ndt()感应电量感应电量:i=ddt讨论讨论：快速转动：快速转动：I，t但但。两种情况两种情况I t图面积相等，即图面积相等，即q相等。相等。慢速转动：慢速转动：t但但。BtIt0t12快快慢慢q只和只和 有关，和电流变化无关，有关，和电流变化无关，即和磁通量变化快慢无关。即和磁通量变化快慢无关。I，例：螺线管共例：螺线管共N=50N=50匝，截面积匝，截面积2 2, ,处

15、在均匀磁场中。若处在均匀磁场中。若B B在在内由线性降为内由线性降为0 0，求感应电动势的大小和方向。，求感应电动势的大小和方向。例：直导线通交流电例：直导线通交流电 置于磁导率为置于磁导率为 的的介质中介质中求：与其共面的求：与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势匝矩形回路中的感应电动势解：设当解：设当I I 0 0时，电流方向如图时，电流方向如图已知已知其中其中 I0 和和 是大于零的常数是大于零的常数设回路设回路L方向如图方向如图建坐标系如图建坐标系如图在任意坐标处取一面元在任意坐标处取一面元交变的交变的电动势电动势普遍普遍 00),回路的回路的AB边长为边长为 l,以速度以速度v 向右运

16、动，向右运动，设设t = 0时，时，AB边在边在x =0处，求：任意时刻回处，求：任意时刻回路中感应电动势的大小和方向。路中感应电动势的大小和方向。qABxnveB解：解：Btk=已知：已知：3=qABl=.cos=t lk.tvqd=edt2=costlkvq=tlkvqABxnveB 例例 OM、ON及MN为金属导线，为金属导线，MN以速度以速度v 运动，并保持与上述两导线接触。运动，并保持与上述两导线接触。磁场是均匀的，且：磁场是均匀的，且：Bxkt=cos导体导体MN在在时，时，0t=0x= ( )求：求：=tvBxy0MNduudS= utg du=dB dS.= uktcosutg

17、du.du=ktgu2tcos13=ktgx3tcosdt=dtsinx3=13ktg ()3x2dxdttcos3=1ktgv3t3tsinktgv3t2tcos动生动生感生感生=B dS.=x0duktgu2tcosBxy0MMN Nx=13ktgv3t3tsinktgv3t2tcos动生动生感生感生=动动Bl vktgv3t2tcos=e=感感te=13ktgv3t3tsin 把感应电动势分为两种基本形式把感应电动势分为两种基本形式 动生电动势动生电动势 感生电动势感生电动势 下面下面 从场的角度研究电磁感应从场的角度研究电磁感应电磁感应对应的场是电场电磁感应对应的场是电场 它可它可使静

18、止电荷运动使静止电荷运动 研究的问题是：研究的问题是： 动生电动势的非静电场？动生电动势的非静电场？ 感生电动势的非静电场？性质？感生电动势的非静电场？性质？8-2 8-2 动生电动势动生电动势1.1.中学：单位时间内切割磁力线的条数中学：单位时间内切割磁力线的条数由楞次定律定方向由楞次定律定方向均匀磁均匀磁场场导线导线 ab在磁场中运动在磁场中运动电动势怎么计算？电动势怎么计算？8-2-1 8-2-1 典型装置典型装置2. 2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律建坐标如图建坐标如图均匀磁场均匀磁场设回路设回路L方向如图方向如图负号说明电动势方负号说明电动势方向与所设方向相反向与所设方向相

19、反8-2-2 8-2-2 动生电动势产生的原因动生电动势产生的原因非静电力洛仑兹力非静电力洛仑兹力00v+B+fmef讨论讨论v+B+ab8-2-3 8-2-3 动生电动势的计算动生电动势的计算方法一、方法一、方法二、方法二、注意：动生电动势大小计算的同时要判断注意：动生电动势大小计算的同时要判断电动势的符号（极性）！电动势的符号（极性）！计算所得为回路电动势，计算所得为回路电动势，电动势符号如何判断？电动势符号如何判断？电动势符号判断与电动势符号判断与方法一有何区别？方法一有何区别？求：动生电动势。求：动生电动势。例例 有一半圆形金属导线在匀强磁场中有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁力线

20、运动。已知：作切割磁力线运动。已知： v, B, R.方法一：方法一：作作acbdacbd回路，回回路，回路绕行方向如图路绕行方向如图v+R电动势极性电动势极性vBd+vdlB+R方法二：方法二：电动势极性电动势极性解一：解一：例例 一金属杆在匀强磁场中转动，已知：一金属杆在匀强磁场中转动，已知： B， ，L，求：动生电动势。求：动生电动势。O+vB+dllvBOL+vB+解二：解二：=vI02lnaba+()avvBbI例例 一直导线一直导线CD在一无限长直电流磁场中作切割在一无限长直电流磁场中作切割磁力线运动。求：动生电动势。磁力线运动。求：动生电动势。sin900cos1800dllI0

21、2v=dldl=vlI02lld=abvI02a+ldldl电动势方向？电动势方向？解二：略解二：略解一：解一：解：建坐标如图解：建坐标如图 在坐标在坐标 处取处取该段导线运动速度垂直纸面向内运该段导线运动速度垂直纸面向内运动半径为动半径为00方向从方向从 a b例例 在空间均匀的磁场中在空间均匀的磁场中 设设导线导线ab绕绕Z轴以轴以 匀速旋转匀速旋转 导线导线ab与与Z轴夹角为轴夹角为 求：导线求：导线ab中的电动势中的电动势解一：建坐标如图解一：建坐标如图在坐标在坐标 处取处取该段导线运动速度垂直纸面向内运该段导线运动速度垂直纸面向内运动半径为动半径为00方向从方向从 a b例例 在空间

22、均匀的磁场中在空间均匀的磁场中 半径为半径为R R的导线的导线ab圆圆弧（弧（1/4圆弧）圆弧）绕绕Z轴以轴以 匀速旋转匀速旋转求：当导线求：当导线ab转至其平面与磁场平行时转至其平面与磁场平行时ab中中的电动势的电动势解二：解二： 取绕行回路如图取绕行回路如图=sinBvl=ab+cdabv=12ad=tB l2vsin=S= ad l .d+.cabBvNS= BSsintNSabcdl例：线圈在磁场中转动时的感应电动势例：线圈在磁场中转动时的感应电动势例例 一电磁一电磁“涡流涡流”制动器由一导电制动器由一导电率为率为 g 和厚度为和厚度为d的圆盘组成，此盘绕通过的圆盘组成，此盘绕通过其中

23、心的轴转动，且有一覆盖面积为其中心的轴转动，且有一覆盖面积为l2的磁的磁场场B垂直于圆盘，如图所示，若面积垂直于圆盘，如图所示，若面积l2在离在离r处，当圆盘角速度为处，当圆盘角速度为时，试说明使圆盘慢时，试说明使圆盘慢下来的道理。下来的道理。dlrB解释：取一长方体，其电阻为解释：取一长方体，其电阻为dlrBe=Blv=BlrwS=Rlg g=lg gld=1g gd=IeR=eg gd =g gdBlrw=F BIl=g gdlBBlrw=g gdB2l2rwlldSFIvB已知：已知：d、l、B、w 、g g试说明：使圆盘慢下来的道理。试说明：使圆盘慢下来的道理。F 的方向与的方向与 v 的方向相反，阻止圆盘转动的方向相反，阻止圆盘转动