物理磁介质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

一、磁场对电流导线作用一、磁场对电流导线作用1.安培定律安培定律2.求载流导线在磁场中所受作用力方法求载流导线在磁场中所受作用力方法基本知识点：基本知识点：安培定律安培定律与与力迭加原理力迭加原理二、磁场对载流线圈作用二、磁场对载流线圈作用1第1页三、力矩功三、力矩功1.载流导线在磁场中运动时，磁力功载流导线在磁场中运动时，磁力功2.载流线圈在磁场中转动时，磁力矩功载流线圈在磁场中转动时，磁力矩功四、四、磁场对运动带电粒子作用磁场对运动带电粒子作用1.洛仑兹力洛仑兹力2.带电粒子在匀强磁场中运动带电粒子在匀强磁场中运动直线运动直线运动圆周运动圆周运动螺旋线运动螺旋线运动2第2页洛仑兹力洛仑兹力磁场磁场电场电场磁感应强度磁感应强度电场强度电场强度电场力电场力电流元电流元点电荷点电荷安培定律安培定律载流导线受力载流导线受力带电体受力带电体受力3第3页一、一、磁介质分类磁介质分类9-69-6 磁介质磁介质磁介质磁介质磁介质磁介质能与磁场产生相互作用物质能与磁场产生相互作用物质磁化磁化磁介质在磁场作用下所发生改变磁介质在磁场作用下所发生改变附加磁场附加磁场磁导率磁导率描述不一样磁介质磁化后对原外磁场影响描述不一样磁介质磁化后对原外磁场影响产生附产生附加电场加电场极化现象极化现象静电场静电场电介质电介质产生附产生附加磁场加磁场磁化现象磁化现象磁磁 场场磁介质磁介质4第4页磁介质相对磁导率磁介质相对磁导率与磁介质种类相关与磁介质种类相关为磁介质磁导率为磁介质磁导率顺磁质：顺磁质：r 略大于略大于1，与与 同向同向。抗磁质：抗磁质：r 略小于略小于1，与与 反向反向。弱磁质弱磁质铁磁质：铁磁质：r 1，与与 同向。同向。强磁质强磁质磁磁介介质质种种类类氧、铝、钨、铂、铬等氧、铝、钨、铂、铬等氮、水、铜、银、金氮、水、铜、银、金5第5页二二.顺磁质与抗磁质磁化顺磁质与抗磁质磁化分子磁矩分子磁矩轨道磁矩轨道磁矩自旋磁矩自旋磁矩电子绕核轨道运动电子绕核轨道运动电子本身自旋电子本身自旋等效于圆电流等效于圆电流分子电流分子电流1、顺磁质及其磁化、顺磁质及其磁化分子固有磁矩不为零分子固有磁矩不为零无外磁场作用时，因无外磁场作用时，因为分子热运动，分子为分子热运动，分子磁矩取向各不相同磁矩取向各不相同,整整个介质不显磁性。个介质不显磁性。分分子子磁磁矩矩6第6页Bo等等效效IsBoBB=Bo+B Bo 磁化电流可产生附加磁场磁化电流可产生附加磁场 B，磁化电流也称为束缚电，磁化电流也称为束缚电流。流。磁化电流磁化电流磁化后附加磁场磁化后附加磁场 与与 同向同向无热效应，无宏观电荷移动，磁化电流束无热效应，无宏观电荷移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，缚在介质表面上，不可引出，7第7页2.抗磁质磁化抗磁质磁化Bo磁化后附加磁场磁化后附加磁场 与与 反向反向不论电子原来运动不论电子原来运动情况怎样，外磁场对情况怎样，外磁场对它力矩作用总是使它它力矩作用总是使它产生一个与外磁场方产生一个与外磁场方向相反向相反附加磁矩附加磁矩IBIB加上外磁场后，分子将加上外磁场后，分子将产生附加磁矩。产生附加磁矩。分子固分子固有磁矩有磁矩为零为零8第8页S三三.磁介质中高斯定理磁介质中高斯定理经过磁场中任一闭合曲面总磁通量为零经过磁场中任一闭合曲面总磁通量为零磁介质中高斯定理磁介质中高斯定理9第9页四、磁介质中安培环路定理四、磁介质中安培环路定理真空中真空中:自由电流代数和自由电流代数和代代 入入 真真 空空 中中安培环路定理安培环路定理介质中介质中:磁化电流磁化电流代数和代数和定义：定义：磁场强磁场强度矢量度矢量1).数学表示式数学表示式10第10页2).磁场强度矢量磁场强度矢量介质：介质：真空：真空：磁场强度只与自由电流分布相磁场强度只与自由电流分布相关，与磁介质种类无关。关，与磁介质种类无关。3).安培环路定理应用安培环路定理应用(1)对称性分析对称性分析(2)过场点作闭合回路过场点作闭合回路(3)计算计算H环流环流(4)求环路所包围自由电流求环路所包围自由电流代数和代数和(5)应用定理列方程求解应用定理列方程求解(6)利用利用 求求B分布分布11第11页例例1 一环形螺线管，管内充满磁导率为一环形螺线管，管内充满磁导率为，相对磁导，相对磁导率为率为r顺磁质。环横截面半径远小于环半径。单位长顺磁质。环横截面半径远小于环半径。单位长度上导线匝数为度上导线匝数为n。求：环内磁场强度和磁感应强度求：环内磁场强度和磁感应强度解：解：12第12页例例2 一无限长载流圆柱体，通有电流一无限长载流圆柱体，通有电流I，设电流，设电流 I 均匀分布在整个横截面上。柱体磁导率为均匀分布在整个横截面上。柱体磁导率为，柱外，柱外为真空。为真空。求：柱内外各区域磁场强度和磁感应强度。求：柱内外各区域磁场强度和磁感应强度。解：解：IR13第13页在分界面上在分界面上H 连续连续,B 不连续不连续IR14第14页1、磁化曲线磁化曲线装置装置：环形螺绕环环形螺绕环;铁磁质铁磁质Fe,Co,Ni及及稀钍族元素化合物，能被强烈地磁化稀钍族元素化合物，能被强烈地磁化试验测量试验测量B,得到得到B-H曲线曲线由由 得出得出 曲线曲线铁磁质铁磁质 不一定是个常数，不一定是个常数，它是它是 函数函数六、六、六、六、铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质原理原理:励磁电流励磁电流 I;用安培定理得用安培定理得H磁通计磁通计HBr 15第15页初始磁初始磁化曲线化曲线.矫顽力矫顽力饱和磁感应强度饱和磁感应强度磁滞回线磁滞回线剩剩 磁磁2、磁滞回线磁滞回线B改变落后于改变落后于H，从而含有剩磁，即，从而含有剩磁，即磁滞效应磁滞效应。16第16页3 3、磁、磁 畴畴 依据当代理论，铁磁质相邻原子电子之间存在很强依据当代理论，铁磁质相邻原子电子之间存在很强“交换耦合作用交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，电子自旋，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。饱和状态微小区域。这些区域称为这些区域称为“磁畴磁畴”多晶磁畴结多晶磁畴结构示意图构示意图磁畴数目众磁畴数目众多，方向各多，方向各异，对外不异，对外不显磁性显磁性17第17页Si-Fe单晶单晶(001)面面磁畴结构磁畴结构箭头表示箭头表示磁化方向磁化方向加上外磁场时，加上外磁场时，全部磁畴全部磁畴数转向外磁场数转向外磁场方向，显示磁方向，显示磁性性B18第18页3.有剩磁、磁饱和及磁滞现象。有剩磁、磁饱和及磁滞现象。铁磁质特征铁磁质特征铁磁质特征铁磁质特征2.有很大磁导率。有很大磁导率。放入线圈中时能够使磁场增强放入线圈中时能够使磁场增强102 104倍。倍。4.温度超出居里点时，铁磁质转变为顺磁质。温度超出居里点时，铁磁质转变为顺磁质。1.磁导率磁导率不是一个常量，它值不但决定于原线不是一个常量，它值不但决定于原线 圈中电流，还决定于铁磁质样品磁化历史。圈中电流，还决定于铁磁质样品磁化历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。铁铁 770 镊镊358 钴钴1115 居里点是指材料能够在铁磁体和顺磁体之间改变温度居里点是指材料能够在铁磁体和顺磁体之间改变温度19第19页4、铁磁质分类及其应用、铁磁质分类及其应用软磁材料作变压器。软磁材料作变压器。纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。，铁氧体等。r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞回线面积窄而长，小，磁滞回线面积窄而长，损耗小（损耗小（HdB面积小）。面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件磁还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件磁芯、磁棒。芯、磁棒。(1)软磁材料软磁材料20第20页(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁铁作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料矩磁材料作存放元件作存放元件Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。不大，磁滞回线是矩形。用于用于记忆元件记忆元件，当，当+脉冲产生脉冲产生HHC使磁芯呈使磁芯呈+B态，则态，则脉冲产生脉冲产生H102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线面积大，损耗大。磁滞回线面积大，损耗大。还用于磁电式电表中永磁铁。还用于磁电式电表中永磁铁。耳机中永久磁铁，永磁扬声器。耳机中永久磁铁，永磁扬声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体21第21页一、磁介质中磁感应强度一、磁介质中磁感应强度磁介质相对磁导率磁介质相对磁导率为磁介质磁导率为磁介质磁导率顺磁质：顺磁质：r 略大于略大于1抗磁质：抗磁质：r 略小于略小于1铁磁质：铁磁质：r 1在无限大各向同性在无限大各向同性均匀磁介质磁场中均匀磁介质磁场中二、磁介质磁化二、磁介质磁化B=Bo+B Bo磁化后附加磁场磁化后附加磁场 与与 同向同向1.顺磁质磁化顺磁质磁化2.抗磁质磁化抗磁质磁化磁化后附加磁场磁化后附加磁场 与与 反向反向B=Bo+B Bo小结小结22第22页三、磁介质中安培环路定理三、磁介质中安培环路定理四、铁磁质：四、铁磁质：(1).因为初始磁化曲线不可逆性，因为初始磁化曲线不可逆性，当当H=0 时有剩磁（时有剩磁（Br）。）。这种这种B 落后落后H 现象称为磁滞现象。现象称为磁滞现象。(2).Hc 为矫顽力。为矫顽力。磁滞曲线不一样，磁滞曲线不一样，主要区分为主要区分为Hc 不一样。不一样。(3).磁畴：磁畴：把铁磁质内部存在许多自发饱和磁化小区域称把铁磁质内部存在许多自发饱和磁化小区域称为磁畴。它是因为原子之间强相互作用形成。为磁畴。它是因为原子之间强相互作用形成。23第23页S1S2+-加速电场加速电场速度选择器速度选择器匀强磁场匀强磁场得到核质比得到核质比或者分离同位素或者分离同位素质谱仪原理质谱仪原理24第24页问题讨论问题讨论若带负电粒子以速率若带负电粒子以速率进入本节所表示速度进入本节所表示速度选择器，其运动情况怎样？选择器，其运动情况怎样？若在该速度选择器中，把电场若在该速度选择器中，把电场E或或磁场磁场B方向反向，试问还能起速度选择作用吗？方向反向，试问还能起速度选择作用吗？电子在该力作用下会偏离原电子在该力作用下会偏离原来运动轨迹向右运动，无法来运动轨迹向右运动，无法经过速度选择器。经过速度选择器。+-25第25页AMAM问：问：A固定，固定，M将怎样运动？将怎样运动？逆时针转动，逆时针转动，向左运动向左运动转动，并转动，并靠近靠近AAM不动不动AM并靠近并靠近A26第26页如图所表示，半径为如图所表示，半径为R均匀带电薄圆盘，带电量为均匀带电薄圆盘，带电量为q，将其放，将其放在磁感强度为在磁感强度为均匀磁场中，均匀磁场中，方向与盘面平行，当圆盘以方向与盘面平行，当圆盘以角速度角速度绕经过盘心，且垂直于盘轴逆时针转动时，求：绕经过盘心，且垂直于盘轴逆时针转动时，求：此圆盘磁矩此圆盘磁矩Pm；圆盘在磁场中所受磁力矩圆盘在磁场中所受磁力矩M大小和方向。大小和方向。如图，在圆盘上取半径为如图，在圆盘上取半径为r，宽为，宽为dr环带，环带，先求出此环带转动时磁矩。先求出此环带转动时磁矩。此环带转动时等效电流为此环带转动时等效电流为drr27第27页则则整个圆盘磁矩为整个圆盘磁矩为磁矩方向垂直纸面向外。磁矩方向垂直纸面向外。磁力矩磁力矩磁力矩方向平行纸面向上。磁力矩方向平行纸面向上。drr圆环磁矩为圆环磁矩为28第28页可算得线圈所受力矩为可算得线圈所受力矩为题解方法二题解方法一分析解：由图示和题设数据，由解：由图示和题设数据，由，如图，一个边长如图，一个边长正三角形载流线圈，放正三角形载流线圈，放在均匀磁场在均匀磁场B中，磁场与线圈平面平行，中，磁场与线圈平面平行，设设，求线圈所受力矩大，求线圈所受力矩大小。小。29第29页霍耳效应霍耳效应（考试不做要求）（考试不做要求）厚度厚度b,宽为宽为a导电薄片，沿导电薄片，沿x轴通有电流强度轴通有电流强度I，当在，当在y轴方向加以匀强磁场轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧时，在导电薄片两侧产生一电位差产生一电位差，这一现象称为，这一现象称为霍耳效应霍耳效应RH-霍耳系霍耳系数数30第30页霍耳效应原理霍耳效应原理 带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力q0+此时载流子将作匀速直线运动，同时此时载流子将作匀速直线运动，同时 两两侧停顿电荷继续堆积，从而在侧停顿电荷继续堆积，从而在 两侧建立一个两侧建立一个稳定电势差稳定电势差31第31页+q0时，时，RH0,(2)q0时，时，RH0,32第32页霍耳效应应用霍耳效应应用2、依据霍耳系数大小测定，、依据霍耳系数大小测定，能够确定载流子浓度能够确定载流子浓度n型半导体载流子为型半导体载流子为电子电子p型半导体载流子为型半导体载流子为带正电空穴带正电空穴1、确定半导体类型、确定半导体类型 霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍应用。各个领域中得到越来越普遍应用。33第33页一、一、描述磁场性质物理量描述磁场性质物理量1.载流线圈磁载流线圈磁 矩矩大小：大小：方向：方向：为为 方向方向2.定义定义大小：大小：磁感应强度磁感应强度方向：方向：试验线圈在平衡位置时法线方向试验线圈在平衡位置时法线方向二、两个基本定律和两个主要定理二、两个基本定律和两个主要定理二、两个基本定律和两个主要定理二、两个基本定律和两个主要定理二、两个基本定律和两个主要定理二、两个基本定律和两个主要定理1.1.毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律2.2.安培定律安培定律1.1.磁场中高斯定理磁场中高斯定理2.2.安培环路定理安培环路定理第九章小结第九章小结34第34页