第7章-稳定磁场-2.ppt

§7.6 磁场对运动电荷的作用 7-6-2 电磁场控制带电粒子运动的实例 §7.7 磁场对载流导线的作用 §7.8 磁介质 B I 例4. 有一半径为R的闭合载流线圈，通过电流I。今把它放在均匀磁场中，磁感应强度为B，其方向与线圈平面平行。求：（1）以直径为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。（2）在力矩作用下，线圈转过90°，力矩做了多少功？ 法一： 线圈转过90°时，磁通量的增量为： B I B I 法二 作用力方向垂直于线圈平面朝外 R dl r M 力矩的功： 力矩： 7-8-1 物质的磁性 当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生一种所谓的“磁化”现象，介质中出现附加磁场。我们把这种在磁场作用下磁性发生变化的介质称为“磁介质”。 设：外场的磁感应强度为B0； 介质磁化后的附加磁场为B′ 磁介质中的磁感应强度： 相对磁导率： 令： ? =?0 ?r 称为磁导率 真空螺线管的磁场： 介质螺线管的磁场： 三类磁介质： （1）顺磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。 附加磁场B?与外场B0同向。 B B0 , ?r 1 （2）抗磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。 附加磁场B?与外场B0反向。 B B0 , ?r 1 （3）铁磁性介质： 介质磁化后呈强磁性。 附加磁场B?与外场B0同向。 B B0 , ?r 1 （4）完全抗磁体：（ ?r ＝0）： B ＝0，磁介质内的磁场等于零（如超导体）。 锡(Tc=3K)制的圆柱体，在一注满液态氦的 杜瓦瓶中，被置于一电磁铁的两极之间: 未超导时 发生超导时 0 0 小于4.15K 小于9.26K 汞 铌 ?r ＝0 2.2×103（最大值） 4×102（最大值） 7×102（最大值） 1×105（最大值） 铸钢 铸铁 硅钢 坡莫合金 ?r ＞＞1 1+769.9×10-5 1+334.9×10-5 1+1.65×10-5 1+26.0×10-5 90K 293K 293K 293K 氧（液） 氧（气） 铝 铂 ?r ＞1 1-16.6×10-5 1-2.9×10-5 1-1.0×10-5 1-3.89×10-5 293K 293K 293K 铋 汞 铜 氢（气） ?r ＜1 相对磁导率 温度 种 类 磁介质种类 分子磁矩 顺磁质和抗磁质的磁化 分子或原子中的电子，存在——轨道运动，自旋运动； + - - + 各电子磁矩 + - 分子磁矩 把分子或原子看作一个整体，其对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为“分子电流”。分子 电流的磁矩称为“分子磁矩”表示为 。 两种运动都能产生磁效应 1.顺磁质 特点：存在分子固有磁矩。 无外磁场： 外磁场中： - + + - + - B + - - + - + 2.抗磁质 特点：分子固有磁矩等于零 + - + - 附加电子磁矩 的方向总是和外磁场 方向相反-抗磁效应。 7-8-2 磁化强度与磁化电流 1. 磁化强度* 为了反映磁化程度的强弱，引入“磁化强度矢量” 磁化强度：磁介质中某一点处单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位： 磁化强度是空间坐标的矢量函数。当磁化强 度矢量为恒矢量时，磁介质被均匀磁化。 注意: 2. 磁化电流 以长直螺线管为例： 介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“磁化电流”（Is ）。 * * * * 7-6-1 带电粒子在磁场中的运动 说明： 1、洛仑兹力F的方向垂直于v和B所确定的平面。 2、洛仑兹力F不能改变带电粒子速度v的大小，只能改变其运动方向。 1. 运动方向与磁场方向平行 ? = 0 F = 0 + B v 结论：带电粒子作匀速直线运动。 周期： 频率： 带电粒子作匀速圆周运动，其周期和频率与速度无关。 结论： 2. 运动方向与磁场方向垂直 v F ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + B R 运动方程： a向心=v2/R F向心= ma向心 3. 运动方向沿任意方向 半径： 周期： 螺距： 结论：螺旋运动 :匀速直线运动 匀速圆周运动 (1) 磁聚焦 带电粒子q以速度v 进入均匀磁场后，作螺旋线运动： 螺距： 半径： A ● ● A′ 一束发散角? 不太 大，速度大致相同的 带电粒子，从A点进入， 磁场则： 各粒子的螺距h相等， R不相等 各粒子经历一个回旋周期后