大学物理15-4new.ppt

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* * 一、场对运动电荷的作用力 回 顾 洛仑兹力 只改变电荷的运动方向,不改变电荷运动速度的大小 当带电粒子的运动速度垂直于磁感强度,粒子做匀速圆周运动 圆周半径由 粒子运动的周期 T 与速度无关 S 二、磁场对载流导线的作用力 安培力 洛伦兹力 由于自由电子与晶格之间的相互作用,使导线在宏观上看起来受到了磁场的作用力 . 安培定律 磁场对电流元的作用力 O I 平面载流线圈边长分别为l 1和l 2的载流线圈,电流为I 三、磁场对平面载流线圈的作用力矩 1、 磁矩 I S I S 圆电流轴线上磁感强度公式 与电流成右螺旋关系 M,N O,P M N O P I 2 磁场作用于载流线圈的磁力矩 如图 均匀磁场中有一矩形载流线圈 MNOP 线圈有N匝时 M N O P I M,N O,P I B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I B B + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + I 稳定平衡 不稳定平衡 讨 论 1) 方向与 相同 2)方向相反 3)方向垂直 力矩最大 向里 M,N O,P 向里 侧视,向外 稳定平衡 均匀磁场作用于载流线圈的磁力矩 M,N O,P 侧视,向外 侧视,向里 M N O P I . 当电流方向与刚才的相反 侧视,向外 侧视,向里 M,N O,P 侧视,向外 侧视,向里 不稳定平衡 结论: 均匀磁场中,任意形状刚性闭合平面通电线圈所受的力和力矩为 与 成右螺旋 0 p q q 稳定平衡 非稳定平衡 磁矩 例1 边长为0.2m的正方形线圈,共有50 匝 ,通以电流2A ,把线圈放在磁感应强度为 0.05T的均匀磁场中. 问在什么方位时,线圈所受的磁力矩最大?磁力矩等于多少? 解 得 问 如果是任意形状载流线圈,结果如何? I R Q J K P o 例2 如图半径为0.20m,电流为20A,可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中 ,磁感应强度的大小为0.08T,方向沿 x 轴正向.问线圈受力情况怎样?线圈所受的磁力矩又为多少? 解 把线圈分为JQP和PKJ两部分 以 为轴, 所受磁力矩大小 I R Q J K P o 例3. 截面积为S、密度为?的铜导线被弯成正方形的三边,可以绕水平轴OO?转动,如图所示。导线放在方向竖直向上的匀强磁场中,当导线中的电流为I时,导线离开原来的竖直位置偏转一个角度?而平衡。求磁感应强度。若S 2mm2,? 8.9g/cm3,? 15o,I 10A,磁感应强度大小为多少? 解:导线受重力和磁场力 磁场力的力矩 重力的力矩 由力矩平衡条件 →顺磁质 定义: 如:氧、铝、钨、铂、铬等。 如:氮、水、铜、银、金、铋等。 如:铁、钴、镍等 ?r不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同: →抗磁质 →铁磁质 1.磁介质的分类 I I 磁介质对螺线管内的场有影响 其内总磁场是: 相对磁导率 一、磁介质 15.5 磁场中的磁介质 实物的基本组成单元:分子、原子、电子 + - 电子运动: 绕核运动 →电流环 →轨道磁矩 自旋运动 →自旋磁矩 ? 两种运动磁效应的总和 等效 分子 圆电流 分子的固有磁矩 2. 分子磁矩 3. 顺磁质和抗磁质 两类磁介质 ≠ 0 0 →顺磁质 →抗磁质 二、 磁介质的磁化 1 顺磁质的磁化 可见:Bo?强, ∥ N S - 当介质处在外磁场中,电子轨道磁矩受磁力矩: 在磁力矩作用下,轨道角动量绕磁场方向旋进。 电子附加一个磁矩: ∑ 2 抗磁质的磁化 0 当没有外磁场时 不显磁性 讨论 1o 顺磁性介质处在外磁场时, 其体内磁场: 抗磁性介质处在外磁场时, 其体内磁场: 2o 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有? 有! 3o 若将一磁介质放入磁场中,你如何 判断该介质是顺磁还是抗磁介质? N S 4o 超导体是完全抗磁体 在外磁场中超导体内: 0 注: 表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成 三、 磁介质中的安培环路定理 1. 磁化电流 束缚电流 以无限长螺线管为例 顺 磁 质 在磁介质内部的任一小区域: 相邻的分子环流的方向相反 在磁介质表面处各点: 分子环流未被抵消 形成沿表面流动的面电流 ——束缚电流 结论:介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。 顺 磁 质 2. 磁介质中的安培环路定理 Ii ——为环路所包围的传导电流。 Is ——为环路所包围的是磁化电流,难以测量。 3.引入磁场强度 H 令 式中 称为磁介质的磁导率 则安培环路定理

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