高三物理竞赛--第十一章磁场中的磁介质-课件.ppt

1、第十一章第十一章 磁磁 场场 中中 的的 磁磁 介介 质质11-1 磁 介 质 的 磁 化一、简述一、简述1.磁介质磁介质凡处在磁场中与磁场发生相互作用的物质。凡处在磁场中与磁场发生相互作用的物质。2.磁介质中的磁场磁介质中的磁场IIII0B传导电流在真空中的磁场传导电流在真空中的磁场:0B介质磁化所产生的附加磁场介质磁化所产生的附加磁场:BB介质中的合磁场介质中的合磁场,:BBBB03.相对磁导率相对磁导率orBBr0磁介质的磁导率磁介质的磁导率0E0EEqq反方向。总是与0EE0B0BB同方向。也可能与反方向，可能与00BBB4.磁介质的分类：磁介质的分类：抗磁质抗磁质:铁磁质铁磁质:顺磁

2、质顺磁质:同向）与000(,1BBBBr反向）与000(,1BBBBr如铁、钴、镍等如铁、钴、镍等00,1BBr二二.磁介质的磁化的微观机制磁介质的磁化的微观机制自旋运动自旋运动自旋磁矩自旋磁矩 轨道运动轨道运动轨道磁矩轨道磁矩电子电子等效圆形电流电子P1.分子磁矩与分子电流分子磁矩与分子电流Impmp分子电流分子电流分子分子:mPP电子分子磁矩分子磁矩电介质分子电介质分子:有固有电矩有极分子无固有电矩无极分子磁介质分子磁介质分子:有固有磁矩顺磁质无固有磁矩抗磁质2.顺磁质的磁化顺磁质的磁化但由于分子的热运动，但由于分子的热运动，0mPV内0mP时00B受力矩作用受力矩作用),(0BPMmmP

3、B时，00方向转向使0BPmB0pmBB同方向的产生与00BB B0B 3.抗磁质的磁化抗磁质的磁化00mPPP电子电子但反向）（与产生对运动电荷作用存在电子电子00BPPPfBmL0B同方向与电子PB0)1Lf)(向心力变小作用 vfL222ervrrveISP电子电子P电子反向的即产生与PB0qv电子P0Bvq电子P反方向与电子PB0)2Lf)(向心力变大作用 vfL222ervrrveISP电子电子P电子反向的即产生与PB0mp与原磁场方向相反所以与原磁场方向相反所以由于附加磁矩由于附加磁矩0BB 三三、磁化强度磁化强度 磁化电流磁化电流VpMm1、磁化强度矢量、磁化强度矢量 2、磁化面

4、电流、磁化面电流 Is在均匀外磁场中，各向同性均匀在均匀外磁场中，各向同性均匀的磁介质被磁化，沿着柱面流动未被抵消的分子电流。的磁介质被磁化，沿着柱面流动未被抵消的分子电流。.+.+IlB0分子电流分子电流传导电流传导电流M（也称为束缚面电流）（也称为束缚面电流）磁化面电流磁化面电流 磁化面电流密度磁化面电流密度 jS 在垂直于电流流动方向上单位在垂直于电流流动方向上单位长度的分子面电流。长度的分子面电流。则有：则有：SSSjlSSjVSIM l|设一长为设一长为l，截面积为截面积为 S的的均匀介质，均匀介质，其表面分子面电流为其表面分子面电流为 IS，则其线密度为则其线密度为l/S Ss s

5、I Ij jlMsIlMsISSLIabjabMdM l 磁化强度沿任一回路的环流，磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的束缚电流等于穿过此回路的束缚电流的代数和。的代数和。IS与与L环绕方向成环绕方向成右旋者为正，反之为负。右旋者为正，反之为负。以充满介质的螺旋管为例，选如图回路，求环流以充满介质的螺旋管为例，选如图回路，求环流Mlabcd3、磁化强度的环流、磁化强度的环流LdMl11-2有介质时的高斯定理和安培环路定理有介质时的高斯定理和安培环路定理一、一、有有磁介质时的高斯定理磁介质时的高斯定理0BBB线都是闭合线线和BB00SdBs二、有二、有磁介质时的安培环路定理磁介质时的安培环

6、路定理LLIl dBBI000真空中：磁介质中：IISLsLIIl dBB)(0LSLIdMllldMIdBL0LL0MBH0定义磁场强度定义磁场强度 则有：则有：LL0Id)MB(lLLIdHl磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 物理意义物理意义沿任一闭合路径磁场强度的环流等于沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。该闭合路径所包围的传导电流的代数和。)ll(00dMIdBLLL三三者者的的关关系系、三三、MBH 实验证明：实验证明：HMmXm磁化率磁化率0m顺磁质：0m抗磁质：物物理理量量，是是个个纯纯数数。只只与与介介质质性性质质有有关关的的MBH0

7、由：由：r+1m=而：而：MHB00HMmHBm)1(0HHBr0 例例一无限长载流圆柱体，通有电流一无限长载流圆柱体，通有电流I，设电流设电流 I 均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为，柱外为真空。柱外为真空。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。I0RRr IrHdHL2l2r2r202022IHBIH得得：HrR2IRO2IR0BrR2IRO在分界面上在分界面上H 连续连续,B 不连续。不连续。+例例：载流长直密绕螺线管内充有相对磁导率为载流长直密绕螺线管内充有相对磁导率为,的介质r绕组的传导电流为绕组的传

8、导电流为I，单位长度上的匝数为单位长度上的匝数为n求：求：（1）H，（，（2）B，（，（3）M，（，（4）每匝磁化面电流每匝磁化面电流BHadcb解：nlIHldaHdlHl dHdaLcos)1(nIH 得：nIHBr0)2(srminIHM)1()3(InMniirss）（每匝1)4(磁磁 介介 质质一、分类一、分类宏观宏观微观微观顺磁质顺磁质:抗磁质抗磁质:同向）与00(,0,1BBBBmr反向）与00(,0,1BBBBmr有固有磁矩无固有磁矩二、磁化强度与磁化电流磁化强度与磁化电流SjM|SLIdMl三、有三、有磁介质时的安培环路定理磁介质时的安培环路定理LLIdHlBMBH0其中：磁

9、磁 介介 质质分类分类宏观宏观微观微观顺磁质顺磁质:抗磁质抗磁质:同同向向）与与00(,1BBBBr反反向向）与与00(,1BBBBr有固有磁矩无固有磁矩磁化的微观机制磁化的微观机制方向方向转向于转向于受磁力矩作用受磁力矩作用时，时，000BPBmmLPBfB反反向向的的产产生生与与作作用用运运动动电电荷荷受受时时000磁化强度与磁化电流磁化强度与磁化电流SjM|SLIdMl有有磁介质时的安培环路定理磁介质时的安培环路定理LLIdHlBMBH0其中：VpMm磁化强度矢量磁化强度矢量 三者的关系三者的关系、MBHHMmHHBr0mAnIH/2000mAHBM/109.750THB1解：根据安培环路定理解：根据安培环路定理RnIHdH2R2lAnjIss790100109.75sjM 例例11-2、在磁导率、在磁导率 的磁介质环上，的磁介质环上，均匀密绕线圈，均匀密绕线圈，n=100匝匝/米，绕组电流米，绕组电流I=2A。求与每匝相求与每匝相应的等效磁化电流应的等效磁化电流 Is。mAWb/1054