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二、磁场对载流线圈的作用
(大小相等,反向共线,抵消)
1、磁力矩
匀强磁场中的矩形载流线圈:
(大小相等,反向不共线)
磁场对线圈 abcd 产生的磁力矩为:
N匝线圈的磁力矩:
2、磁矩
(方向:电流右手螺旋定则)
载流线圈在磁场中受到的磁力矩:
磁力矩:
说明:该式适用于均匀磁场中的任意形状平面线圈。
(1) =0时,M=0。线圈处于稳定平衡状态; ( =NBS)
(2) =90时,M = Mmax= NBIS; ( =0)
(3) =180 时,M=0。线圈处于非稳定平衡状态。
( = -NBS)
讨论
思考:如何判断磁场的方向?
载流试探小线圈在稳定平衡位置时磁矩的指向。
1)所受的磁场力合力为零。
总结:
位于均匀磁场中的平面载流线圈:
[例1] 已知半径为R 的半圆形闭合线圈,其上通电流为I , 放在均匀磁场中。求线圈所受的力矩。
解:
方向向下。
线圈磁矩:
线圈磁力矩:
解:取r 处宽为d r 的圆环,带电量为:
方向:竖直向上。
旋转时形成的电流:
圆电流的磁矩:
则磁力矩:
圆电流的磁矩:
方向:垂直纸面向外。
方向如图。
dF 对O y 的力矩:
[例3] 长直电流 I2 和圆形电流 I1 (半径为R)如图,线圈可绕 Oy 轴转动。1)求圆线圈所受磁力矩;圆线圈如何运动;2)I2 改放在圆线圈中心位置,圆线圈受磁力矩为多大?
方向:竖直向下。
方向:竖直向下。
∴ F = 0 M = 0 ,线圈不动。
则整个线圈所受的磁力矩:
若俯视线圈沿顺时针转动到与I2 共面的位置达到平衡。
四、磁场力的功
1、磁力对运动载流导线做的功
磁场力:F = BIL
磁场力的功:
A = Fx = BILx
其中 BLx=BS=
磁力的功:
设回路中的电流I保持恒定(前提条件)
2、载流线圈在磁场中转动时磁力矩的功(电流为常数)
力矩的功:
磁力矩:
2) 有正负。
1)一个任意的闭合电流回路在磁场中改变位置或形状时,若回路中电流不变,则磁场力或磁力矩所作的功都可按A=IΔΦ 计算。
说明
适用于非匀强磁场中的载流线圈
例:线圈和电流保持不变,磁场改变
§8-7 磁场中的磁介质
一、磁介质
磁介质:在磁场作用下,其内部状态发生变化,并反过来影响磁场分布的物质。
轨道磁矩
自旋磁矩
等效圆电流
分子磁矩
磁介质分类:
1)顺磁质 ─ 分子的固有磁矩不为零。
2)抗磁质 ─ 分子的固有磁矩为零。
总磁感强度
附加磁感强度
外加磁感强度
磁化后介质内部的磁场与附加磁场和外磁场的关系:
二、磁介质的磁化
磁化:磁介质在磁场作用下内部状态的变化。
1) 顺磁质的磁化
宏观上不显磁性。
外磁场撤消:由于热运动破坏分子磁矩的定向排列, 所以宏观上又不显磁性。
宏观上表现:在磁介质表面出现磁化电流。在磁介质内的磁感应强度增大。顺磁质产生磁化电流很小,因此顺磁质为弱磁质。
顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等)
2)抗磁质的磁化
无外磁场时:抗磁质不显磁性。
加外磁场时:抗磁质分子在外磁场的作用下,将产生和外磁场方向相反的附加磁场。
外磁场撤消:宏观上又不显磁性。
宏观上表现:在磁介质表面出现磁化电流。在磁介质内的磁感应强度减小。抗磁质产生磁化电流很小,因此抗磁质也为弱磁质。
说明∶任何磁介质都有抗磁性。但在顺磁质中,以固有磁矩的转向为主,抗磁性被掩盖了。
抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等)
3)铁磁质的磁化
铁磁质的主要特点可归纳为∶
1 ) 相对磁导率高。 2 ) 磁化曲线的非线性;
3 ) 磁滞。 4)存在居里温度。
磁化规律:
铁磁质的分类及应用
3) 电子计算机中的记忆元件 ─ 矩磁材料。
1) 做变压器、电机的铁心 ─ 磁滞回线窄、剩磁小的材料 ─ 软磁性材料。
2) 制造永磁铁 ─ 磁滞回线宽、剩磁大的材料—硬磁性材料。
抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等)
铁磁质(铁、钴、镍等)
4)磁介质的磁化特性
抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点:它们所激发的附加磁场极其微弱。
顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等)
说明
一、磁化强度
—反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。
1)均匀磁化
2)非均匀磁化
单位:
§8-8 有磁介质时的安培环路定理磁场强度
1)对顺磁质 可以忽略
2)对抗磁质
4)外磁场为零:磁化强度为零。
5)外磁场不为零:
顺磁质
抗磁质
说明
3)对于真空
2、磁化电流
1)各向同性的均匀介质在匀强磁场中被磁化后,各分子电流平面转到与磁场的方向垂直。
2)介质内部任
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