高二物理競賽有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度課件

第八章恒定電流的磁場§8.1電流§8.3畢奧—薩伐爾定律及其應(yīng)用§8.2磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度§8.4磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理§8.5磁場對(duì)電流的作用§8.6磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用§8.7磁介質(zhì)及其磁化特性§8.8有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度一、磁介質(zhì)1、什么是磁介質(zhì)能夠磁化的物質(zhì)稱作磁介質(zhì)。2、磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)在磁場的作用所發(fā)生的變化——磁介質(zhì)的磁化真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，磁介質(zhì)磁化而產(chǎn)生的附加磁場為B'，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則B'

的方向，隨磁介質(zhì)的不同而不同?！?-7

磁介質(zhì)及其磁化規(guī)律磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率：磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率：3、磁介質(zhì)的分類標(biāo)準(zhǔn)——B'與B0方向順磁質(zhì)B'與B0同向，B>B0，如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等抗磁質(zhì)B'與B0反向，B<B0，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。超導(dǎo)體——理想的抗磁體。鐵磁質(zhì)B'與B0同向，B>B0，B>>B0，如鐵、鈷、鎳等。順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)又稱為弱磁質(zhì)。在物質(zhì)的分子中電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng)——軌道磁矩；電子有自旋——自旋磁矩。分子內(nèi)所有電子的全部磁矩的矢量和，稱為分子的固有磁矩——分子磁矩。分子磁矩可以用一個(gè)等效的圓電流來表示。二、磁介質(zhì)的磁化1、分子電流和分子磁矩2、順磁質(zhì)磁化機(jī)理——來自分子的固有磁矩?zé)o外磁場：分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)分子磁矩取向混亂物質(zhì)并不顯磁性——未磁化狀態(tài)加外磁場：分子固有磁矩受外磁場的作用分子磁矩沿外磁場方向排列產(chǎn)生附加的磁場3、抗磁質(zhì)磁化機(jī)理——電子軌道在外磁場作用下發(fā)生變化無外磁場：分子中每個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和不為零，但分子的固有磁矩等于零，所以不顯磁性。加外磁場：分子中電子的軌道運(yùn)動(dòng)將受到影響——引起與外磁場的方向相反的附加的軌道磁矩——出現(xiàn)與外磁場方向相反的附加磁場——磁感應(yīng)強(qiáng)度比外磁場的度要略小一點(diǎn)。三、鐵磁質(zhì)磁化規(guī)律及其微觀解釋1.鐵磁質(zhì)的特性：(1)在外磁場作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；(2)當(dāng)外磁場停止作用時(shí)，仍能保持其磁化狀態(tài)；(3)B與H之間不是簡單的線性關(guān)系；(4)鐵磁質(zhì)都有一臨界溫度。在此溫度之上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)——居里溫度或居里點(diǎn)。鐵——10430C鎳——6300C鈷——13900C鐵磁質(zhì)的起因可以用“磁疇”理論來解釋。2、磁疇概念：鐵磁質(zhì)內(nèi)的電子之間因自旋引起的相互作用非常強(qiáng)烈，在鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小區(qū)域，叫做磁疇。每一個(gè)磁疇中，各個(gè)電子的自旋磁矩排列得很整齊。磁疇大小約為1017－1021個(gè)原子。磁疇的顯示：磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消，能量最低，不顯磁性。顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇3、磁化曲線裝置：環(huán)形螺繞環(huán)實(shí)驗(yàn)測量B。原理:勵(lì)磁電流I；用安培定理得H磁化曲線：鐵磁質(zhì)m

很大，且隨外磁場而變化，B與H之間為非線性關(guān)系。oHBABCS初始磁化曲線：O→M，H增加，B增加M→N，H變大，B急劇增大，N→P，H增加，B增加，增加十分緩慢P，H增加，B到飽和狀態(tài)當(dāng)全部磁疇都沿外磁場方向時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和磁化強(qiáng)度MS等于每個(gè)磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性r大的原因。磁化曲線的重要根據(jù)B~H之間的關(guān)系，若已知一個(gè)量可求出另一個(gè)量。在設(shè)計(jì)電磁鐵，變壓器以及一些電氣設(shè)備時(shí)，磁化曲線是很重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。HBOMNB~HPB的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯剩磁Br：當(dāng)磁場強(qiáng)度減小到零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值Br

，Br叫做剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱剩磁。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS：所有磁疇都與外場方向一致。相應(yīng)的磁場強(qiáng)度稱為飽和磁場強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑力HC：當(dāng)H=-Hc時(shí)，鐵磁質(zhì)的剩磁就消失了，鐵磁質(zhì)不顯磁性。通常把Hc叫做矯頑力。4、磁滯回線鐵磁質(zhì)在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的，要損失能量，稱為磁滯損耗，磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。磁滯現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來的形狀，而表現(xiàn)出來。5、鐵磁性材料軟磁材料：

特點(diǎn)：相對(duì)磁導(dǎo)率和飽和B一般都較大，但矯頑力小，磁滯回線的面積窄而長，損耗小。易磁化、易退磁。例子：如純鐵，硅鋼坡莫合金，鐵氧體等。應(yīng)用：適宜制造電磁鐵、變壓器、交流發(fā)電機(jī)、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒等。a、金屬磁性材料BHo硬磁材料：特點(diǎn)：剩磁和矯頑力比較大，磁滯回線所圍的面積大，磁滯損耗大，磁滯特性非常顯著例子：鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金等。應(yīng)用：適合作永久磁鐵，磁電式電表中的永磁鐵，耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。鐵氧體，又叫鐵淦氧，是由三氧化二鐵和其它二價(jià)的金屬氧化物的粉末混合燒結(jié)而成，常稱為磁性瓷。如錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等b、非金屬磁性材料——矩磁材料：特點(diǎn)：Br=BS

，Hc不大，磁滯回線是矩形。用途：用于記憶元件，當(dāng)+脈沖產(chǎn)生H>HC使磁芯呈+B態(tài)，則–脈沖產(chǎn)生H<–HC使磁芯呈–B態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。BHoBHo8-8磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度一、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律1、問題：長直螺線管管中充滿各向同性的均勻磁介質(zhì)線圈中的電流為I計(jì)算螺線管內(nèi)磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。取閉合回路ABCDA分布電流傳導(dǎo)電流2、分布電流（磁化電流）

磁化電流：在磁介質(zhì)內(nèi)的任意位置上，成對(duì)的方向相反的分子電流互相抵消，僅在磁介質(zhì)的邊緣處形成了大的環(huán)形電流，此電流稱為磁化電流。3、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場強(qiáng)度沿任何閉合回路的線積分，等于通過該回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。磁場強(qiáng)度4、說明磁場強(qiáng)度是一個(gè)輔助物理量。單位：A·m-1

環(huán)流只與穿過閉合回路的傳導(dǎo)電流有關(guān)，而與磁化電流無關(guān)。二、安培環(huán)路定律的應(yīng)用計(jì)算有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B求出磁場強(qiáng)度H后由B=μH求磁感應(yīng)強(qiáng)度B

。例1、長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)(μr)，設(shè)勵(lì)磁電