一基本磁现象ppt课件

---
---
-
h
I
I
v-
b
+ + + + + + +F+e + + + + +
3、霍耳效应的应用
1）测量磁场 2）判别半导体的类型
一、安培定律
d F d ( q v N B ) q( v n B ) S I l d B dl
dFIdlB
b
Bs IS inBmP sin
M P mB
O

l1
B
a
pm
F2
图15(b)
一般平面线圈：

F0
M p mB
pm
I
大小: M 方向:沿pm
pmBsin
B的方向
S
线圈的磁矩：
pmNSI
（
N
匝
）
§7—5 磁介质 磁场强度
BS
a
初始磁 化曲线
.
HS
H
磁滞回线
磁滞回线--不可逆过程 B的变化落后于H，从而具有剩磁，
B
Br
BS
即磁滞效应。每个H对应不同的B H c
与磁化的历史有关。
Hc H
在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的 磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。
铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状 会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做 换能器，在超声及检测技术中大有作为。
洛仑兹力的特点：与速度垂直，不做功。
二、带电粒子在均匀磁场中的运动
（1）运动方向与磁场方向平行
FqvsB in0
+
－－匀速直线运动
vB
（2）运动方向与磁场方向垂直
qvB m v2 R
半径
R mv qB
周期
T 2 m
qB

v

+


B


F

2,
,
穿出: 0 / 2, 闭合曲面： 穿入: / 2 ,
de 0 de 0
m 的单位：韦伯（Wb）
d 0 d 0
补充、磁场的高斯定理
穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零

S BdS0
高斯定理表明，磁场是无源场.
—3 磁场对运动电荷的作用力
I2
f
Ldf
dL 0I1I2 dx d 2x
d
L
0I1I2 lndL
2
d
例半径为 R 的半圆形导线通有电流 I，处在与导线平面
垂直的匀强磁场
B
中，求导线所受的合力。
× × ×I ×B × × ××××××
× × × ×R × ×
× × ×O × × × ××××××
一、洛仑兹力
v||B:F0
B
B
vB:BFFqvB qv


B ||
v
一般情况：
q
BBB||
Fqv B qvsB in
结论
FqvB
大小：
FqvsBin
方向：

F

q

F

q
v
B
v
B
q q 0 0,,v v与 与 IId ld l反 同,,向 向 F F 沿 沿 v vB 的 B 的方 方向 向

dBx
By dBy
4）求积分。
2. 几种常见电流的磁场(I)
（1）直线电流的磁场：
P dB
ar
1
2
I o x dx
解:
dB0 4
Idxsin
r2
xactg
d
x

ad sin2
dB 0I sind
4a
r a
sin
B
2 1
0I sind 4a

2mv
qB
－－与速度方向无关。
绚丽多彩的极光
在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直 外层空间入射 的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气分子的 碰撞产生的辐射就形成了极光
四、霍耳效应
1、霍耳效应现象
B
U
-
--
---
---
---
---
---
---
-- -- --F-m -
---
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---
v E B
质谱分析：
R mv qB
q v E m BR BBR
N

P+

-

R B



v
B
2、磁聚焦

v//vcosv

h
B
h
Tv//

B


dB
为矢量积分。
dB
Idl
r

P
二、毕奥─萨伐尔定律的应用
1. 解题要点



1）取电流元 Idl ，计算由 Idl 产生的 dB 的大小：
dB
0 4
Idl sin
r2
2）判断
dB
的方向，把
dB
进行分解：dB

dBx dBy
3）对各分量分别积分：
Bx
定义磁感应强度的大小：
B
B Fmax qv
定义磁感应强度的方向：
Fmaxv
v
+
F max

B 磁感应强度只决定于产生磁场的运动电荷
（电流）T）=104（G）
一、毕奥─萨伐尔定律
在真空中，载 流导线上任一电流元 Idl 在给定点 P 产生
2. 性质 1）永远闭合 2）永不相交
2、磁通量
通过磁场中任一给定曲面的磁力线总数，
称为通过该曲面的磁通量

Φm
BdS
S
n
B

dS
闭合曲面：

Φm
BdS
S
m 为标量，无方向，但有正负号。
m 的正负号：
d m

B
dS

BdS
cos

0

/ /2
图14
解： dF BIdlsin BIdl
dFx dF cos BIdl cos BIRxos d
dFy dF sin BIdl sin BIR sin d

Fx 0 BIRxos d 0

Fy

0
BIRx
sin d


2BIR
dF
dFy
dFx
Idl
B
R

O
图14
三、载流线圈所受磁力矩
矩形线圈
F 1F 1B1s Ilin
F2F2B2Islin2B2Il

F0
O
F1
b

a
l1

F
' 2
I
F2
l2
B
c

d F1' O'
图15(a)
F2'
M F 2 l1co B s1 l2 I slin
2

1
R
Px
⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙dx ⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙
图5
dB

0
2
R 2 dI (x2 R 2)3/2
x Rctg , dI Indx InR csc 2
dB 0 nI sin d
2
B

1 ( 2
0 nI
2
sin
)d
02nI(co 1sco2 s)
R


匀速圆周运动
（3）运动方向沿任意方向
v v cos
v v
v|| v sin
－－沿螺旋线轨道运动
+ v //
B
h
半径
R mvsin
qB
螺距 hvT2qm Bvcos
三、应用电场和磁场控制带电粒子的实例
1、质谱仪
速度选择
qEqvB
40Iacos1cos2
无限长载流导线： 1= 0 , 2 =
B 0I 2 a
（2）环形电流的磁场
解：dB0 4
Idsl in
r2
r dBy
dB
R
0 4
Id r2
l(
)
2

x P dBx x
By = 0
BB xdc Bo s4 0Id r c2lo s
铁磁质的分类及其应用 (1)软磁材料
B
Hc
Hc H
软磁材料作变压器的。
纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。
r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁
感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而
长，损耗小（HdB面积小）。
还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件 的磁芯、磁棒。
(2)硬磁材料——作永久磁铁 钨钢，碳钢，铝镍钴合金
dB
x Px
B dB 0R2(0xr23 r2)d32r0 2 RR222xx22 2x
三、磁感线 磁通量 1、磁感应线
定义: 在磁场中，也可以引入一些假象的曲线来描绘
磁场中各处的分布，这些曲线称为磁感线。
规定：（1）磁感线上任一点的切线方向与该点的 磁感强度 B方向一致；（2）通过磁场中某点处 磁感线疏密程度等与该点处磁感强度 B 的大小
分子环流：电子绕原子核运动和电子自旋所形成的电 流。物质的磁性取定于物质中分子电流的磁效应之总 和。
二、磁场
1. 磁相互作用的场的观点
运动电荷 磁场
运动电荷
2. 磁场： 运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。
3. 磁场的的基本性质：
对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用
三、磁感应强度
描述磁场性质的物理量
2R

0
0 4
Rdl R2x2 32
2
0IR2
R2 x2
32
x = 0（圆心）：
B 0I
2R
xR:
B2 0Ix3R 22 0R x3 2I2 0p xm 3
S
I
（3） 载流直螺线管内部的磁场

的 和 与 所磁 由 组矢感 电 成径应 流 的r 强 元 平的度 到 面大，小dP指B的点的向平的大由方矢小I成径d与l反r经电之比小流间；于元的d1的B8夹0大的角0 小的方成角向的正转垂正比向直弦，于r成与的I正d电右l比流螺和，元并 旋r
前进的方向。
dB
Idl
r

P
电流元: Idl
B

q
v
I
v
dl
图17
二、载流导线所受磁场力

F Ld F LId l B

F dF 为矢量积分。 L
例：求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流
导线ab的作用力。
已知：I1、I2、d、L
解： dfBI2dl
df
0I1I2 dx 2x
a
b
I1
x
I2dl
无限长螺线管： 10,2
B0nI
例8-4、半径为 R 的圆盘均匀带电，电荷密度为 。 若该圆盘以角速度 绕圆心 O 旋转，求轴线上距圆
心 x 处的磁感应强度。

RR
ro dr
dB
x Px
解：

dB
0r2dI
2(x2 r2)3
2
RR ro
d Id Tq 2 2/ rdrrdrdr
Ild dB:
dB
Idl
r

P
方 大向 小 ::dIB dlkrIdrsl2in40 Idrsl2in

dB 0
4
Idlrˆ r2
(o= 4 10-7 T·m·A-1)
整段电流

B
：
B dB 4 0Id lr2 rˆ
一、基本磁现象 天然磁石 同极相斥
SN
异极相吸
S
N
电流的磁效应 1820年 奥斯特
I
SN
安培实验（1820年） （1）磁体附近的载流导线受到力的作用：
IN F
S
（2）电流与电流之间存在相互作用：
-
-
+-
I
I
++
I
I
-
+
（3）磁场对运动电荷的作用：
电子束
S
+
N
2. 磁现象的本质
一切磁现象都起源于运动电荷（电流），磁相互 作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。
（2）抗磁质 B B0
顺磁质 抗磁质
B与B0同向，相对磁r导 1 率
如：锰、铬、铂、氮
B与B0反向，相对磁r导 1 率
如：水银、铜、硫、氢、金、银
铁磁质 B与B0同向，相对磁r导 1率
如：铁、镍、钴、铁氧体
二、磁场强度
在研究磁介质中的磁场规律时，为了方便，通
常引进一个辅助物理量。在各向同性的磁介质
B
HC
HC H
矫顽力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大 磁滞回线的面积大，损耗大。
还用于磁电式电表中的永磁铁。
B
耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。 (3)矩磁材料——作存储元件
锰镁铁氧体，锂锰铁氧体
HC
中，把磁感强度和磁介质中磁导率的比值称为
磁场强度，用符号
H
H
表 示 B



磁场强度 H 是矢量，其方向与 B 相同。在SI
中， H 的单位是安（培）每米，符号为 A m1
三、磁滞回线 饱和磁感应强度
剩磁
B
BS .
Br
.
b
矫顽.力
HS
HC.
.f
c O HC
e. Br
d
一、 磁介质的分类
磁介质——能与磁场产生相互作用的物质
磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
磁导率——描述不同磁介质磁化后对愿外磁场的影响

BBoB 附加磁场
r

B B0
r 0r
根据 B 的大小和方向可将磁介质分为四大类
（1）顺磁质 B B0 （3）铁磁质 BB0