稳恒磁场-5.ppt

稳恒磁场 * 前面，我们建立了磁场的概念，从力的角度引述磁场大小和方向的物理量磁感应强度，之后就是利用叠加原理和理想模型电流元磁感应强度分布规律来求解磁感应强度分布； 在此过程中我们学习了磁感应强度的高斯定理和安培回路定理,得出静磁场是无源有旋场，并且利用回路定理来求解特殊情况磁感应强度分布和磁通量求解； 关于第一块的学习中大家除了掌握作业中需要的知识和方法还要有意识的注意我们讲课时推证或者例题中说过的理解和思维方式。 第二块就是磁场对电流及运动电荷的作用：主要应该掌握力如何求、功如何求；在非均匀场部分尽管考试和作业涉及很少但是我们讲的比较多，主要是为了帮助大家学会利用简单结果来理解复杂结果。 下面学习磁场与物质的作用 一、磁介质及其分类 1. 磁介质 —— 在磁场中显示磁性并反过来影响磁场分布的物质，任何实物都是磁介质。 电介质放入外场 §11.7 物质的磁性 物质在磁场中在磁场作用下显示磁性的过程成为磁化。 2. 磁导率 —— 描写磁介质磁性质的物理量，它反映了物质被磁化的程度及磁介质对磁场影响的程度。 介质的相对介电常数 因为当介质放入外加磁场时要产生磁性，所以 定义介质相对磁导率为 因为当介质放入外加磁场时要产生磁性，所以 定义介质相对磁导率为 同样定义介质的磁导率 真空磁导率 说明： 相对介电常数和磁导率是个比值没有量纲，但是介质的介电常数和磁导率是有量刚的物理量。 3. 磁介质的分类 根据被磁化后对原来场影响情况不同，将磁介质分为： 弱磁性的物质 强磁性的物质 相对磁导非常率接近于1的介质 相对磁导率远大于1的介质 描写磁介质磁性质的物理量，反映了物质被磁化的程度及磁介质对磁场影响的程度。 弱磁性的物质 强磁性的物质 相对磁导非常率接近于1的介质 相对磁导率远大于1的介质 减弱原场 如 锌、铜、水银、铅等 增强原场 如 锰、铬、铂、氧等 具有显著的增强原磁场的性质 铁磁质 通常不是常数 抗磁质 顺磁质 二、顺磁和抗磁的微观解释－分子电流结构 1. 分子电流结构模型 在电介质中我们已经建立了分子的电结构模型即正电荷中心和负电荷中心的组合。事实上负电荷中心是绕正电荷中心“运动”，这种运动等效成有磁效应的圆电流，—— 分子电流。 1. 分子电流结构模型 在电介质中我们已经建立了分子的电结构模型即正电荷中心和负电荷中心的组合。事实上负电荷中心是绕正电荷中心“运动”，这种运动等效成有磁效应的圆电流，称为分子电流。 分子圆电流具有磁矩 —— 轨道磁矩 轨道磁矩在量子力学中有精确的表达形式，并且是对原子进行研究，我们这儿对分子讨论的正负电荷中心结构是个模糊的概念。 事实上负电荷中心除了绕正电荷中心运动外还在做“自旋”运动，也有磁矩效应，—— 自旋磁矩。 二、顺磁和抗磁的微观解释－分子电流结构 所以分子结构的磁矩应该是所有磁矩矢量叠加，理论指出 顺磁性和抗磁性的根源就是磁矩最后叠加结果不同所致的。 顺磁介质 抗磁介质 单个分子的“各种”磁矩叠加的结果不是零，对外有磁矩；电流系统等效为一个圆运动结构 等效正电荷中心 等效负电荷中心 单个分子的“各种”磁矩叠加的结果等于零，对外没有磁矩;电流系统等效为两个结构相同运动方向相反的圆运动结构 但是，无论单个分子对外是否有磁矩，由于分子热运动，导致分子排列杂乱无序，所以介质整体对外都没有磁矩，所以没有磁性。 2. 顺磁、抗磁效应 (1) 顺磁效应 单个分子的“各种”磁矩叠加的结果不是零，对外有磁矩；电流系统等效为一个圆运动结构 由于分子热运动，导致分子排列杂乱无序，所以介质整体对外都没有磁矩，所以不显磁性。 闭合载流线圈在磁场力矩作用下有向稳定平衡状态的趋势即磁矩和磁场夹角为零的状态介质中的所有磁矩都转向 方向的趋势， 越强则排列越有序，到所有磁矩与磁场一致 介质内部分子电流互相抵消而介质表面产生了束缚电流,磁矩与原来磁场方向一致,所以附加场的方向与原场一致 ⊕ 减小 (2) 抗磁效应 时负电荷中心圆周运动的向心力由库仑力提供。 抗磁介质 分子的“各种”磁矩叠加的结果等于零，对外没有磁矩;电流系统等效为两个结构相同运动方向相反的圆运动结构 整体对外不显磁性 时负电荷中心圆周运动向心力由库仑力和洛仑兹力合力提供 假设外加磁场方向如图，分析洛仑兹力方向 对于上边运动 对于下边运动 所以上边运动角速度增大，下边运动角速度减小；上边运流电流增大，下边运流电流减小；上边运动磁矩增大，下边运动磁矩减小，所以合成磁矩不再为零而向下。 增大 对外显示为磁矩方向向下，所以产生的附加场与原场方向相反，所以 时负电荷中心圆周运动的向心力