稳恒电流磁场（磁场与物质作用）课件.ppt

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1、第11章稳恒电流磁场磁介质是能够影响磁场分布的物质。II长直密绕螺线管将一个长螺线管通电流I，保持电流不变，再将磁介质充满磁场。发现磁介质中的磁场：11.5磁场中的磁介质11.5.1磁介质的磁化1.磁介质对磁场的影响实验发现：磁介质内的磁场与真空中磁场的关系为为磁介质的相对磁导率(1)抗磁质略<1（铜,银,氢等）(2)顺磁质略>1（铝,锰,氧等）(3)铁磁质>>1（铁,钴,镍等）为磁介质的磁导率II电子绕原子核作轨道运动，会产生一个等效圆电流。ISmr电子自旋磁矩和自旋角动量S的关系：2.磁介质的磁化

2、电子轨道磁矩和轨道角动量L的关系：质子轨道磁矩:（比电子轨道磁矩小一千多倍）中子轨道磁矩为0，质子和中子都有自旋磁矩。一个分子的磁矩是其中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩以及核子的磁矩的矢量和。i分一般由于分子的热运动,是混乱的，不显磁性。会发生转向，顺磁质被磁化。在外磁场中，顺磁质的≠0，称为分子固有磁矩。分子电流使顺磁质内部的磁场加强（1）抗磁质的磁化抗磁质的分子固有磁矩m分=0，无外磁场存在时，物质对外不表现磁性。但在外磁场中会产生感应磁矩。分子中某个电子的轨道磁矩不见得为零。在外磁场作用下，电子轨

3、道平面会以恒定的角速度绕外磁场进动。（2）顺磁质的磁化该磁矩在外磁场中要受力矩设该电子的轨道运动角动量为，轨道磁矩为，对电子的自旋运动和核子的自旋运动，有类似的现象。轨道进动附加的角动量与的方向一致，这一进动相应的轨道磁矩（感应磁矩）与反向。总之，抗磁质分子在磁场中会产生一个与外磁场反方向的感应磁矩，这就是抗磁质的磁化。抗磁质内部的磁场被削弱。顺磁质也会产生感应磁矩,但是，它远小于固有磁矩,所以，顺磁质主要是固有磁矩起作用。说明：为什么铁磁质有很大的磁性？因为它存在“磁畴”。“磁畴”是铁磁质中已经存在

4、的许多自发的均匀磁化小区域。（3）铁磁质的磁化各种材料“磁畴”的线度相差较大：10-4至10-2mm一个磁畴中约有1012~1015个原子。以磁畴为单位的磁化，就有非常强的磁化作用。可以证明：铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。电子的自旋磁矩可以不靠外磁场、在小范围内取得一致方向而形成磁畴。“居里点”：失去铁磁性（变为顺磁质）的临界温度。例如:铁……767oC;镍……357oC。温度T“磁畴”的磁化强度M.铁磁体的磁致伸缩：铁磁体长度和体积改变®晶格间距改变®（长度相对改变约10-5量级）原因：

5、磁畴的方向改变用途：可用于制作超声发生器等。Br……剩磁Hc……矫顽力铁磁质材料的BH关系既不是线性关系，也不是单值关系，与它们的历史有关。BH硬磁材料“胖”：剩磁大，矫顽力也大例：铁、钴、镍的合金等。可作永久磁铁（电表、喇叭、录音机磁头、磁芯、记忆元件等）软磁材料例如：纯铁、硅钢、坡莫合金（铁78%，Ni22%）等。“瘦”:剩磁小，矫顽力也小这些铁芯在交变磁场中反复磁化要消耗能量，并以热的形式放出，称为“磁损”（或“铁损”）。可以证明：磁损与磁滞回线的面积成正比。BH可作变压器、镇流器、电磁铁等的

6、铁芯。11.5.2磁介质中的安培环路定理将磁介质放入磁场中，磁介质磁化将在磁介质表面产生束缚面电流，有磁介质时安培环路定理应为以无限长直螺线管（单位长度上有n匝线圈，每匝通有传导电流I）为例，未充磁介质时螺线管内磁场在管内充满磁介质后，磁介质侧表面的束缚面电流密度用i表示，此时管内磁场为实验指出，管内充满各向同性磁介质时将面电流代入安培环路定理，得到引入辅助物理量——磁场强度H得到磁介质中的安培环路定理电量为q的电荷在磁场中某点磁感应强度为B处，受到的洛仑兹力：(1)带电粒子平行进入均匀磁场带电粒子

7、不受力，作匀速直线运动。11.6磁场对运动电荷及电流的作用11.6.1磁场对运动电荷的作用——洛仑兹力1.带电粒子在均匀磁场中的运动带电粒子所受洛仑兹力总是与运动速度方向垂直，而且垂直于v与B构成的平面。(2)带电粒子垂直进入均匀磁场向心力为洛伦兹力(3)带电粒子以任意角进入均匀磁场带电粒子垂直进入均匀磁场，洛仑兹力在一个平面内，粒子的运动轨迹为一圆周。螺距h：相邻螺线间的距离若一束速度大小近似相等、发散角很小的带电粒子进入纵向均匀磁场粒子在磁场中作螺旋运动的半径不同，但螺距基本相同，粒子回旋一个周期

8、后又重新汇聚一点。这种现象称为磁聚焦。带电粒子以角进入磁场，在垂直B的方向上作圆周运动，在平行于B的方向上作匀速直线运动。2.带电粒子在非均匀磁场中的运动在非均匀磁场中，当带电粒子速度与磁场有一夹角时粒子也会在磁场中作螺旋运动。但是，粒子螺旋运动的半径和螺距将不断变化。当粒子向强磁区运动时会受到一个与前进方向相反的洛仑兹力的分力的作用。这就使得粒子沿磁场方向运动的速率减小至零并反向运动。这种作用类似于镜面反射，我们称之为“磁镜”。“磁瓶”可使带电粒子在