第11章稳恒电流磁场(磁场与物质作用).ppt

* 5 * * * * * 第 11 章 稳恒电流磁场 磁介质是能够影响磁场分布的物质。 I I 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 I I 电子绕原子核作轨道运动，会产生一个等效圆电流。 I S m r 电子自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系： 2. 磁介质的磁化 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）顺磁质的磁化 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，电子轨道平面会以恒定的角速度绕外磁场进动。 （2）抗磁 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……767 oC; 镍……357 oC。 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：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。 B H 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%，Ni 22%）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。 B H 可作变压器、镇流器、电磁铁等的铁芯。 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