第12章磁介質(zhì)中的恒定磁場(chǎng)

1、本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：11.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B 11.3 畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律 11.4 磁通量磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理11.5 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理11.6 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用11.7 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)Xian University of Science and Technology11.1 磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象11.8 磁力的功磁力的功11.1 磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象1. 磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象NSNS磁磁場(chǎng)場(chǎng)磁現(xiàn)象(1) 磁體磁體磁體磁體磁現(xiàn)象(2) 電流電流磁體磁體I磁現(xiàn)象(3) 磁體磁體電流電流ISIFN磁現(xiàn)象(4) 電流電流電流電

2、流FI1I2F現(xiàn)象現(xiàn)象:磁體磁體磁體磁體電流電流電流電流本質(zhì)：本質(zhì)：運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)的性質(zhì)磁場(chǎng)的性質(zhì)(1) 對(duì)運(yùn)荷對(duì)運(yùn)荷(電流電流)有力的作用有力的作用;(2) 磁場(chǎng)有能量磁場(chǎng)有能量描述靜電場(chǎng)描述靜電場(chǎng)0/qFE描述恒定磁場(chǎng)描述恒定磁場(chǎng)引入電流元模型引入電流元模型引入試驗(yàn)電荷引入試驗(yàn)電荷q0lId實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定 (1)(2)B0dF定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向BlI/dBlIdmaxddFF lIFBddmaxIlId0dF0dFmaxdFlIFddmax當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小定義：磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小11.2 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B(

3、3) 一般情況一般情況BlId2sinddmaxlBIFsinddlBIF BlIF ddlBId安培力公式安培力公式maxdFFd是描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向是描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的強(qiáng)弱和方向),(zyxBB(2) 一般情況，一般情況，BlIdmaxdF090(3) 運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力來(lái)確定運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力來(lái)確定洛倫茲力公式洛倫茲力公式BBqF v(1)r說(shuō)明說(shuō)明BlIdIrPBd點(diǎn)產(chǎn)生的點(diǎn)產(chǎn)生的lId在在P大?。捍笮。築d點(diǎn)產(chǎn)生的點(diǎn)產(chǎn)生的P方向：方向：Bdsindd2rlIkB sind420rlI270A/N104(真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率)垂直垂直lIdr組成的平面組成的平面與與1

4、1.3 畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律 11.3.1.畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律基本思路：基本思路：lIdIBdBBd?200d4drrlIB畢薩定律：畢薩定律： PlId例：例：PPlIdlIdlIdPPBdBd0dB(2) 對(duì)任意一段有限電流對(duì)任意一段有限電流,其產(chǎn)生的磁其產(chǎn)生的磁 感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度200d4drrlIBBxxBBdyyBBd(3) 原則上可求任意電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的原則上可求任意電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的BBd的方向的方向(1)注意注意 右手法則右手法則zzBBdr討論討論BdBd11.3.2. .畢奧畢奧- -薩伐爾定律應(yīng)用舉例薩伐爾定律應(yīng)用舉例1.載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)IP

5、alIdrB解解20sind4drlIB求距離載流直導(dǎo)線為求距離載流直導(dǎo)線為a 處處一點(diǎn)一點(diǎn)P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B20sind4drlIBBsinar dcscd2al cotcotaal根據(jù)幾何關(guān)系：根據(jù)幾何關(guān)系：)cos(cos4210aI21dsin40aIBI12P(1) 無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線)cos(cos4210aIB012aIB20方向方向:右螺旋法則右螺旋法則B(2) 任意形狀直導(dǎo)線任意形狀直導(dǎo)線PaI1201B)cos2(cos402aIBaI40Brr討論討論2.載流圓線圈的磁場(chǎng)載流圓線圈的磁場(chǎng)RX0I求軸線上一點(diǎn)求軸線上一點(diǎn)P的的lIdBd20d4d

6、rlIBPX)(d4220 xRlIBd根據(jù)對(duì)稱性根據(jù)對(duì)稱性0Bcosd4cosd20rlIBxBBd2/122)(cosxRRrR2/32220)(2xRIRB方向滿足右手定則方向滿足右手定則BrB 2/32220)( 2xRIRBr討論討論(1)0 x載流圓線圈的圓心處載流圓線圈的圓心處 200242RRIRIB(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場(chǎng)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場(chǎng)220RIB204RIR如果由如果由N匝圓線圈組成匝圓線圈組成RNIB20IRx (3)3202xIRB302 xISnISpm（磁矩）（磁矩）ISnmp302xpBm11.3.3. .運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng) lIdP

7、r200d4drrlIBtQIddtqlSndd vnSq200d)(4drrlnSqBv電流元內(nèi)總電荷數(shù)電流元內(nèi)總電荷數(shù)lnSNdd200d4drrqNBv一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)2004ddrrqNBBv+qvnlIdSabO如圖如圖,電荷線密度為電荷線密度為 ,繞繞O點(diǎn)以點(diǎn)以 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)解解1234qdd線段線段1 1：dddblq 201d4dbbqBd40O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度例例求求v000141d4B線段線段2 2： 同理同理002412)2(a/aBabO1234qdd vBd線段線段3 3：rqdd203d4drrrBrrd40abrrBbaIn

8、4d4003線段線段4 4：同理同理abBIn4044321BBBBB0)In1 (21abv 11.4 磁通量磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理11.4.1. 磁通量磁通量(1) 規(guī)定：規(guī)定：1) 方向方向:磁場(chǎng)線切線方向?yàn)榇艌?chǎng)線切線方向?yàn)锽 的單位面積上穿過(guò)的磁的單位面積上穿過(guò)的磁場(chǎng)線條數(shù)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小場(chǎng)線條數(shù)為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小BSNBdd的方向的方向2) 大小大小:垂直垂直1. 磁場(chǎng)線磁場(chǎng)線(2) 磁場(chǎng)線的特征磁場(chǎng)線的特征:1）無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線）無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線2）與電流相互套連）與電流相互套連,服從右手螺旋定則服從右手螺旋定則3）磁場(chǎng)線不相交）磁場(chǎng)線不相交2.磁通量磁通量SN

9、BddSBdd通過(guò)面元的磁場(chǎng)線條數(shù)通過(guò)面元的磁場(chǎng)線條數(shù) 通過(guò)該面元的磁通量通過(guò)該面元的磁通量SdBSd對(duì)于有限曲面對(duì)于有限曲面SBd磁場(chǎng)線穿入磁場(chǎng)線穿入對(duì)于閉合曲面對(duì)于閉合曲面SSBd規(guī)定規(guī)定0磁場(chǎng)線穿出磁場(chǎng)線穿出0 11.4.2.磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)線都是閉合曲線磁場(chǎng)線都是閉合曲線 0d SSB磁場(chǎng)的高斯定理磁場(chǎng)的高斯定理電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線既沒(méi)有起始點(diǎn)電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線既沒(méi)有起始點(diǎn), ,也沒(méi)有終止點(diǎn)也沒(méi)有終止點(diǎn), ,即磁場(chǎng)線即沒(méi)有源頭即磁場(chǎng)線即沒(méi)有源頭, ,也沒(méi)有尾也沒(méi)有尾 磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)（渦旋場(chǎng)）磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)（渦旋場(chǎng)）1dS2dS11.5 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理11.5.1.

10、.安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理rIB20LlBdLlBdcosLrrId20I0磁場(chǎng)的環(huán)流與環(huán)路中所包圍的電流有關(guān)磁場(chǎng)的環(huán)流與環(huán)路中所包圍的電流有關(guān) ILPIBrrLrdld以無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線為例以無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線為例 ILIBrLldrdLLrrIlBd2d0I01dlI1B2B2dl1012 rIB1r2rL2022 rIBlBlBdd21對(duì)一對(duì)線元來(lái)說(shuō)對(duì)一對(duì)線元來(lái)說(shuō) 2211cosdcosdlBlB2201102d2drIrrIr0d環(huán)路不包圍電流環(huán)路不包圍電流, ,則磁場(chǎng)環(huán)流為零則磁場(chǎng)環(huán)流為零 環(huán)路方向反向環(huán)路方向反向,情況如何情況如何?若環(huán)路中不包圍電流的情況？若環(huán)路中不包圍電流的情況？

11、 kII 1nkII1 在環(huán)路在環(huán)路 L 中中 在環(huán)路在環(huán)路 L 外外 L1I2IiI1kInIkI LiLlBlBdd則磁場(chǎng)環(huán)流為則磁場(chǎng)環(huán)流為 LilBd010kiiI內(nèi)）LIkii(10磁感應(yīng)強(qiáng)度沿一閉合路徑磁感應(yīng)強(qiáng)度沿一閉合路徑 L 的線積分的線積分, 等于路徑等于路徑 L 包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和的的 0倍倍iLIlB0d-安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理推廣到一般情況推廣到一般情況 (1)(1)積分回路方向與電流方向呈右螺旋關(guān)積分回路方向與電流方向呈右螺旋關(guān) 系系, ,滿足右螺旋關(guān)系時(shí)滿足右螺旋關(guān)系時(shí) 0iI, ,反之反之 0iI(2)(2)磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)磁場(chǎng)是有旋場(chǎng). .

12、LlBd 不代表磁場(chǎng)力的功不代表磁場(chǎng)力的功,僅是磁僅是磁場(chǎng)與電流的關(guān)系場(chǎng)與電流的關(guān)系 電流是磁場(chǎng)渦旋的軸心電流是磁場(chǎng)渦旋的軸心(4)(4)安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導(dǎo)安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導(dǎo) 線線, ,對(duì)于任意設(shè)想的一段載流導(dǎo)線不成立對(duì)于任意設(shè)想的一段載流導(dǎo)線不成立(3)(3)環(huán)路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為所有電流的貢獻(xiàn)環(huán)路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為所有電流的貢獻(xiàn)r討論討論11.5.2 安培環(huán)路定理應(yīng)用舉例安培環(huán)路定理應(yīng)用舉例 例例求無(wú)限長(zhǎng)圓柱面電流的磁場(chǎng)分布。求無(wú)限長(zhǎng)圓柱面電流的磁場(chǎng)分布。 RIrPL解解 系統(tǒng)具有軸對(duì)稱性圓周上各點(diǎn)的系統(tǒng)具有軸對(duì)稱性圓周上各點(diǎn)的 B 相同相同P 點(diǎn)的點(diǎn)的B沿圓周的切線方

13、向沿圓周的切線方向 Rr LlBdcosLlB drB 2I0rIB20LlBdcosLlB drB 2Rr 在系統(tǒng)內(nèi)以軸為圓心做一圓周在系統(tǒng)內(nèi)以軸為圓心做一圓周00B例例求螺繞環(huán)電流的磁場(chǎng)分布求螺繞環(huán)電流的磁場(chǎng)分布 解解 roIN在螺繞環(huán)內(nèi)部做一個(gè)環(huán)路，可得在螺繞環(huán)內(nèi)部做一個(gè)環(huán)路，可得LlBdcosLlB drB2NI0)2/(0rNIB 若螺繞環(huán)的截面很小，若螺繞環(huán)的截面很小，rr IrNB20內(nèi)nI0內(nèi)部為均勻磁場(chǎng)內(nèi)部為均勻磁場(chǎng)在外部再做一個(gè)環(huán)路在外部再做一個(gè)環(huán)路, ,可得可得0iI0外B螺繞環(huán)與無(wú)限長(zhǎng)螺線管一樣螺繞環(huán)與無(wú)限長(zhǎng)螺線管一樣, ,磁場(chǎng)磁場(chǎng)全部集中在管內(nèi)部全部集中在管內(nèi)部例例求

14、求“無(wú)限大平板無(wú)限大平板” 電流的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng) 解解 面對(duì)稱面對(duì)稱 iBBPabcddacdbcablBlBlBlBdddd lBddcbalBlBddBab2abi02/0iB11.6.1. 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力11.6 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流有作用磁場(chǎng)對(duì)電流有作用大?。捍笮。悍较颍悍较颍簊inddlBIF 任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場(chǎng)中受到的安任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場(chǎng)中受到的安培力培力BlIFFdd均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng) BlIFd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電流受力流受力BlIFd0BlIF dd安培力安培力B

15、lIdr討論討論xyOAIL此段載流導(dǎo)線受的磁力。此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元在電流上任取電流元lIdBlIF ddlIdFdsinddlIBFxyIBdxIBlIBFydcosdd0d00yIBFxIBLxIBFLy0d例例均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線, ,電電流強(qiáng)度為流強(qiáng)度為I I求求解解相當(dāng)于一根載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)相當(dāng)于一根載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受力中受力, ,方向沿方向沿y y向。向。FBOAIBlIFd 例例 如圖所示如圖所示,求導(dǎo)線框受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)求導(dǎo)線框受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)解解 1Iaba2Ixo121bBIf aIbI2102323bBI

16、f aIbI4102方向向左方向向左方向向右方向向右aalBIf22222sindxIxIaad222102ln2210II24ff 整個(gè)線圈所受的合力：整個(gè)線圈所受的合力：4321ffffF31ff 線圈向左做平動(dòng)線圈向左做平動(dòng)31ffCDEFCDEFFCDE平衡力勻磁場(chǎng)中剛性矩形載流線圈勻磁場(chǎng)中剛性矩形載流線圈1l2lbacdBI對(duì)對(duì)ab段段對(duì)對(duì)cd段段BIlfab2BIlfcd2已知載流線圈受的合力為零已知載流線圈受的合力為零大小相等，大小相等，方向相反方向相反11.6.2. .均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用1l)(ba)(cdBInabfcdf對(duì)對(duì)bc段段對(duì)對(duì)da段段

17、sin1BIlfbc)sin(1BIlfdacdabfBIlf2 形成力偶形成力偶平衡力 線圈所受的力矩線圈所受的力矩cos1lfMcdcos21lBIlsinBISBSIMBpMm在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,平面線圈所受的平面線圈所受的安培力為零安培力為零,僅受磁力矩的作用僅受磁力矩的作用r結(jié)論結(jié)論BpMm(1) 線圈所受的力矩線圈所受的力矩 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)00Mmax2MM 0M穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡非穩(wěn)定平衡力矩最大力矩最大r討論討論BpMm適用于任意形狀的平面載流線圈適用于任意形狀的平面載流線圈 (3) 磁力矩總是力圖使線圈的磁矩轉(zhuǎn)磁力矩總是力圖使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到和外磁場(chǎng)一致的方向上

18、。到和外磁場(chǎng)一致的方向上。BIn(2) 載流矩形小線圈受的磁力矩載流矩形小線圈受的磁力矩BnSIM ddSBnIMMddBS I11.7 11.7 帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)11.7.1. 帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電量為帶電量為q,質(zhì)量為質(zhì)量為m的帶電粒子的帶電粒子,在電場(chǎng)中在電場(chǎng)中 tmamEqddv在一般電場(chǎng)中在一般電場(chǎng)中, ,求解上求解上述微分方程比較復(fù)雜述微分方程比較復(fù)雜 11.7.2. 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 以速度以速度v運(yùn)動(dòng)的單個(gè)帶電量運(yùn)動(dòng)的單個(gè)帶電量q的粒子在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力的粒子在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力f

19、 qBvfsin,vBqf sinBqfvBqfm v1.洛侖茲力洛侖茲力 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果安培力與洛倫茲力的關(guān)系安培力與洛倫茲力的關(guān)系BqNFfvddBlIF ddBlnSqdvBNqvdldIqSv(1)(1)洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直, , 故故 對(duì)電荷不作功只改變粒子的方向?qū)﹄姾刹蛔鞴χ桓淖兞Ｗ拥姆较? ,而而不改變它的速率和動(dòng)能不改變它的速率和動(dòng)能f(2) 在一般情況下在一般情況下, ,空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)同時(shí)存在時(shí), ,帶電粒子所受的力為帶電粒子所受的力為meffFBqEqvtp d/d(3) 安力是大量帶電粒子洛力的矢量疊加

20、安力是大量帶電粒子洛力的矢量疊加r說(shuō)明說(shuō)明例例vmfvmfqvmfvmf2.帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(1) B/v情況情況Bqfm v帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不受磁場(chǎng)影響帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不受磁場(chǎng)影響0(2) BvBfqRmBq22sinvvqBmRv情況情況vORvRT2mqB2R 與與 成正比成正比vT 與與 無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)vqBm2它是磁聚焦它是磁聚焦, 回旋加速器的基本理論依據(jù)回旋加速器的基本理論依據(jù)(1) 確定粒子的速度和能量。確定粒子的速度和能量。(2) 判別粒子所帶電荷的正負(fù)判別粒子所帶電荷的正負(fù)qBmRv221vmW 根據(jù)根據(jù)來(lái)判斷來(lái)判斷Bqfm vr討論討論帶電粒子帶

21、電粒子vqqB根據(jù)宇宙根據(jù)宇宙射線轟擊射線轟擊鉛板所產(chǎn)鉛板所產(chǎn)生的粒子生的粒子軌跡軌跡, ,發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了正電子了正電子 11.7.3.霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體或半導(dǎo)體)板板上上,若垂直于板面施加一磁場(chǎng)若垂直于板面施加一磁場(chǎng),則在與電則在與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向上流和磁場(chǎng)都垂直的方向上,板面兩側(cè)會(huì)板面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)微弱電勢(shì)差出現(xiàn)微弱電勢(shì)差 霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)av1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果ldIBbdIBKUab2. 原理原理emfBqf vE橫向電場(chǎng)阻礙電子的偏轉(zhuǎn)橫向電場(chǎng)阻礙電子的偏轉(zhuǎn)洛倫茲力使洛倫茲力使電子偏轉(zhuǎn)電子偏轉(zhuǎn)0)(BeEev當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平

22、衡時(shí)：dnqvlnqdIBUabnqK1BEvEluabBlv( (霍耳系數(shù)霍耳系數(shù)) )SnqIvnqdIBUab 通過(guò)測(cè)量霍耳系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載通過(guò)測(cè)量霍耳系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度流子濃度;是是研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化）效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化）r討論討論B+ abbauu ab+ bauu 0K0KIIvqn 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體p 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體vqBmfmfEE(2) 區(qū)分半導(dǎo)體材料區(qū)分半導(dǎo)體材料霍耳系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)霍耳系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)Xian University of Science an

23、d Technology11.8 磁力的功磁力的功1. 安培力對(duì)運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線的功安培力對(duì)運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線的功BIlFa ab bIBlF 方向向右方向向右有限過(guò)程中有限過(guò)程中,磁力的功磁力的功)()(abIBlabFASIBI 安培力所做的功安培力所做的功等于電流強(qiáng)度乘以導(dǎo)線所掃過(guò)的磁通量等于電流強(qiáng)度乘以導(dǎo)線所掃過(guò)的磁通量2. 磁力矩對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)載流線圈的功磁力矩對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)載流線圈的功BpMm在一元過(guò)程中在一元過(guò)程中,磁力矩所作的功磁力矩所作的功sinISBM Xian University of Science and TechnologydsindBISA負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)動(dòng)中負(fù)號(hào)表示轉(zhuǎn)動(dòng)中,磁力磁力矩對(duì)載流線

24、圈做負(fù)功矩對(duì)載流線圈做負(fù)功)(cosddBISA )cos(dBSImId在一有限過(guò)程中，磁力矩所作的功在一有限過(guò)程中，磁力矩所作的功21dI21dsinBISAI(1) 上述公式也適用于非均勻磁場(chǎng)。上述公式也適用于非均勻磁場(chǎng)。(2) 磁偶極子的勢(shì)能磁偶極子的勢(shì)能21dsinmBpA(設(shè)設(shè) 為勢(shì)能零點(diǎn)為勢(shì)能零點(diǎn))2/dsinmBpcosBpmBpmUr討論討論P(yáng)BXian University of Science and Technology本章內(nèi)容：本章內(nèi)容：12.1 磁介質(zhì)及其磁化磁介質(zhì)及其磁化 12.2 磁介質(zhì)的高斯定理和環(huán)路定理磁介質(zhì)的高斯定理和環(huán)路定理Xian University

25、 of Science and Technology12.3 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)Xian University of Science and Technology1. 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 放入磁場(chǎng)中能夠顯示放入磁場(chǎng)中能夠顯示磁性的物質(zhì)磁性的物質(zhì) 0E0EEE電介質(zhì)放入外場(chǎng)電介質(zhì)放入外場(chǎng)0EErEE10相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)roIN0B0BBB0BB?rBB0相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率r 反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度 12.1.1 磁介質(zhì)的磁介質(zhì)的分類分類Xian University of Science and Technology相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率0B

26、Br順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r減弱原場(chǎng)減弱原場(chǎng)0BB 1r增強(qiáng)原場(chǎng)增強(qiáng)原場(chǎng)0BB 弱弱磁磁性性物物質(zhì)質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非 常接近于常接近于1, 即即鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì))1010(421r通常不是常數(shù)通常不是常數(shù)具有顯著增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì)具有顯著增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì) 強(qiáng)磁性物質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)1r2. 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類(如：如： 鉻、鈾、錳、氮等鉻、鈾、錳、氮等)(如：鉍、硫、氯、氫等如：鉍、硫、氯、氫等)(如：鐵、鈷、鎳及其合金等如：鐵、鈷、鎳及其合金等)Xian University of Science and Technology原子中電子的軌道磁矩原子

27、中電子的軌道磁矩Lmepm2電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩Smeps電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數(shù)量級(jí)電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數(shù)量級(jí)分子固有磁矩分子固有磁矩所有電子磁矩的總和所有電子磁矩的總和mmpp抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)0mp對(duì)外不顯磁性對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)順磁質(zhì)0mp由于熱運(yùn)動(dòng)由于熱運(yùn)動(dòng), ,對(duì)對(duì)外也不顯磁性外也不顯磁性v無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)12.1.2 順磁性和抗磁性的微觀解順磁性和抗磁性的微觀解釋釋0mpXian University of Science and Technologyv有外磁場(chǎng)作用時(shí)有外磁場(chǎng)作用時(shí)順磁質(zhì)順磁質(zhì)分子的固有磁矩分子的固有磁矩mp受力矩受力矩BpMm的作用

28、的作用, ,使分子的固有磁矩使分子的固有磁矩趨于外磁場(chǎng)方趨于外磁場(chǎng)方向向排列。但由于分子熱運(yùn)動(dòng)的影響排列。但由于分子熱運(yùn)動(dòng)的影響, ,各分各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊子固有磁矩的取向不可能完全整齊, ,不過(guò)不過(guò)外磁場(chǎng)越強(qiáng)外磁場(chǎng)越強(qiáng), ,排列越整齊。排列越整齊。正是由于這種正是由于這種取向排列使得原磁場(chǎng)得到加強(qiáng)取向排列使得原磁場(chǎng)得到加強(qiáng),但這種加但這種加強(qiáng)很小。強(qiáng)很小。0B1BXian University of Science and Technology抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)它的分子沒(méi)有固有磁矩它的分子沒(méi)有固有磁矩, ,為什么也能為什么也能受磁場(chǎng)的影響受磁場(chǎng)的影響? ?抗磁質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生

29、抗磁質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生附加磁矩附加磁矩。 以電子的軌道運(yùn)動(dòng)為以電子的軌道運(yùn)動(dòng)為例例: :( (如電子沿相反的方向做軌如電子沿相反的方向做軌道運(yùn)動(dòng)道運(yùn)動(dòng), ,同樣的分析方法同樣的分析方法) )0BimpLMmp 無(wú)論電子軌道運(yùn)動(dòng)如何無(wú)論電子軌道運(yùn)動(dòng)如何, ,外外磁場(chǎng)對(duì)它的力矩總使它產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)對(duì)它的力矩總使它產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁矩與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁矩附加磁矩產(chǎn)生附加磁場(chǎng)附加磁矩產(chǎn)生附加磁場(chǎng),附加磁場(chǎng)附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相反與外場(chǎng)方向相反抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)Xian University of Science and Technology12.2 磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中安培環(huán)路定

30、理 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H1.磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 束縛電流束縛電流0B以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例順順磁磁質(zhì)質(zhì)0I0ISI在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一處處,相鄰的分子環(huán)流的相鄰的分子環(huán)流的方向相反方向相反,互相抵消互相抵消在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn),分子環(huán)流未被抵消分子環(huán)流未被抵消,形形成沿表面流動(dòng)的面電成沿表面流動(dòng)的面電流流SI 束縛電流束縛電流(磁化電流磁化電流)結(jié)論：結(jié)論：介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。電流共同產(chǎn)生。Xian University of Science and Technology)(20SINIrB2. 磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理磁介質(zhì)