第八章 恒定電流的磁場(二).

1、 8-1 恒定電流恒定電流 8-2 磁感應強度磁感應強度 8-3 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 8-4 穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理 8-5 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動 8-6 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用 8-7 磁場中的磁介質磁場中的磁介質 8-8 有磁介質時的安培環(huán)路定理有磁介質時的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度*8-9 鐵磁質鐵磁質 sinqvBF BvqF大?。捍笮。?方向：方向： 的方向或反方向的方向或反方向 Bv 一般情況下，如果帶電粒子在磁場中運動時，磁一般情況下，如果帶電粒子在磁場中運動時，磁場對

2、運動電荷產生力的作用，此磁場力叫場對運動電荷產生力的作用，此磁場力叫洛倫茲力。洛倫茲力。 方向與磁場方向與磁場 方向成夾角方向成夾角 時，洛倫茲力為時，洛倫茲力為vBvF特例：特例：/0vBF 如果則vBFqvB如果則（1 1）當帶電粒子沿磁場方向）當帶電粒子沿磁場方向運動時運動時: :BqvF00F（2 2）當帶電粒子的運動方向與）當帶電粒子的運動方向與磁場方向垂直時磁場方向垂直時: :0v0vF帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶電粒子運動方向垂直，故它只能電粒子運動方向垂直，故它只能改變帶電粒子運動方向，不改變改變帶電粒子運動方向，不改變速度大小，即速度大小，即。1.

3、1.帶電粒子在均勻磁場中的運動帶電粒子在均勻磁場中的運動粒子作勻速直線運動。粒子作勻速直線運動。RvmBqv200qBmvR0周期周期qBmvRT220軌道軌道半徑半徑由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場中做勻速由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場中做勻速圓周運動。圓周運動。洛倫茲力為向心力洛倫茲力為向心力RmqBT2角頻率角頻率（3 3）如果）如果 與與 夾角為夾角為 角角 B0vqBmT2粒子作螺旋運動，粒子作螺旋運動，半徑半徑hRBqBmvqBmvRsin0螺距螺距周期周期qBmvvRvTvhcos220/注意注意: :螺距僅與平行于磁場方向的初速度有關。螺距僅與平行于磁場方向的初速

4、度有關。/vv0v2.2.帶電粒子在非均勻磁場中運動帶電粒子在非均勻磁場中運動F2F1BvFBv線圈線圈(磁鏡磁鏡)（磁鏡）（磁鏡）（磁鏡）（磁鏡）磁約束裝置（磁瓶）磁約束裝置（磁瓶）范艾侖輻射帶的形成示意圖范艾侖輻射帶的形成示意圖 帶有電荷量帶有電荷量 的粒子在靜電場的粒子在靜電場 和磁場和磁場 中中以速度以速度 運動時受到的作用力為運動時受到的作用力為EqBvBvqEqF1. 1. 磁聚焦磁聚焦一束速度大小相近，方向與磁感應強度夾角很小的帶一束速度大小相近，方向與磁感應強度夾角很小的帶電粒子流從同一點出發(fā)，由于平行磁場速度分量基本電粒子流從同一點出發(fā)，由于平行磁場速度分量基本相等，因而螺距

5、基本相等。這樣，各帶電粒子繞行一相等，因而螺距基本相等。這樣，各帶電粒子繞行一周后將匯聚于一點，類似于光學透鏡的光聚焦現象，周后將匯聚于一點，類似于光學透鏡的光聚焦現象，稱稱磁聚焦。磁聚焦。廣泛應用于電真空器件中對電子的聚焦。廣泛應用于電真空器件中對電子的聚焦。B顯像管中電子束的磁聚焦裝置示意圖顯像管中電子束的磁聚焦裝置示意圖回旋加速器是核物理、高能物理實驗中用來獲回旋加速器是核物理、高能物理實驗中用來獲得高能帶電粒子的設備，下圖為其結構示意圖。得高能帶電粒子的設備，下圖為其結構示意圖。2. 2. 回旋加速器回旋加速器(cyclotron)(cyclotron)D形盒形盒電磁鐵電磁鐵電磁鐵電磁

6、鐵粒粒子子源源B2D1D1D2D真空室 接高頻電源 粒子源 D形盒引出粒子束 (1)(1)裝置裝置電磁鐵電磁鐵產生強大磁場產生強大磁場D D形真空盒形真空盒 放在真空室內，接高頻放在真空室內，接高頻交變電壓，使粒子旋轉加速交變電壓，使粒子旋轉加速, ,(2)(2)原理原理 粒子源產生的帶電粒子源產生的帶電粒子經電場加速進入粒子經電場加速進入D1 1磁場使粒子在盒內做圓磁場使粒子在盒內做圓運動。運動。帶電粒子源帶電粒子源 產生帶電粒子產生帶電粒子B2D1D1D2D帶電粒子在盒內運動半周時只受磁場作用速率不變。帶電粒子在盒內運動半周時只受磁場作用速率不變。在盒內運動半周的時間為在盒內運動半周的時間

7、為mtqB該時間與運動速度、半徑無關，等于加速電場的周期該時間與運動速度、半徑無關，等于加速電場的周期最終速度：最終速度：qvBRm結構示意圖結構示意圖 倍恩勃立奇質譜儀倍恩勃立奇質譜儀速度選擇器速度選擇器帶電粒子源帶電粒子源加速電場加速電場均勻磁場均勻磁場3. 3. 質譜儀質譜儀(mass spectrometer)0SAA1S1S2P1PEBBB0SAA1S1S2P1PEBBB電場力電場力磁場力磁場力兩力的方向相反兩力的方向相反, ,只有受力只有受力滿足電場力等于磁場力的粒滿足電場力等于磁場力的粒子才可以從小孔射出子才可以從小孔射出均勻電場和均勻磁場相互垂直，粒子受力均勻電場和均勻磁場相互

8、垂直，粒子受力速度選擇器原理速度選擇器原理EqFemFqvB;FFemqEqvB/vE B被選擇粒子的速度被選擇粒子的速度 從從S0 0射出的粒子進入磁射出的粒子進入磁感應強度為感應強度為B的磁場后將作的磁場后將作圓周運動，半徑為圓周運動，半徑為 0SAA1S1S2P1PEBBBmvmERqBqB BBBREmq 依據粒子在照相底片依據粒子在照相底片上的位置可算出這些粒子上的位置可算出這些粒子的相應荷質比，所以這種的相應荷質比，所以這種儀器叫質譜儀。儀器叫質譜儀。4. 4. 霍耳（霍耳（E.C.Hall)E.C.Hall)效應效應(Hall effect)(Hall effect) 在一個通有

9、電流的導體板上，垂直于板面施加一在一個通有電流的導體板上，垂直于板面施加一磁場，則平行磁場的兩面出現一個電勢差，這一現象磁場，則平行磁場的兩面出現一個電勢差，這一現象是是18791879年美國物理學家霍耳發(fā)現的，稱為霍耳效應。年美國物理學家霍耳發(fā)現的，稱為霍耳效應。該電勢差稱為該電勢差稱為霍耳電勢差霍耳電勢差 。 Udb1V2VmFveFHEBI P型半型半導體導體 Udb1V2VmFveFHEBI金屬金屬 實驗指出，在磁場不太強時，霍耳實驗指出，在磁場不太強時，霍耳電勢差電勢差 U與電與電流強度流強度I I和磁感應強度和磁感應強度B成正比，與板的寬成正比，與板的寬d成反比。成反比。RH稱為霍

10、耳系數，僅與材料有關。稱為霍耳系數，僅與材料有關。dBIRVVUH12原理原理霍耳效應是由于導體中的載流子在磁場中受到洛倫霍耳效應是由于導體中的載流子在磁場中受到洛倫茲力的作用發(fā)生橫向漂移的結果。下面以金屬導體茲力的作用發(fā)生橫向漂移的結果。下面以金屬導體為例，來說明其原理。為例，來說明其原理。HUI1 12 2dbB其中載流子是電子，運動方向與電流流向相反，如其中載流子是電子，運動方向與電流流向相反，如果在垂直于電流方向加一均勻磁場，這些自由電子果在垂直于電流方向加一均勻磁場，這些自由電子受洛倫茲力的作用，大小為受洛倫茲力的作用，大小為BveF mEHveFmF洛倫茲力向上，使電子向上漂移，使

11、得金屬薄片上側洛倫茲力向上，使電子向上漂移，使得金屬薄片上側有多余負電荷積累，下側缺少負電荷，有多余正電荷有多余負電荷積累，下側缺少負電荷，有多余正電荷積累，結果在導體內形成附加電場，稱霍耳電場。此積累，結果在導體內形成附加電場，稱霍耳電場。此電場給電子電場力與洛侖茲力反向，大小為電場給電子電場力與洛侖茲力反向，大小為HeeEF 當當F Fe e= =F FH H 時不再有漂移，載流子正常移動。時不再有漂移，載流子正常移動。HUI1 12 2dbBEHveFmFBveeE HBvE H此時霍爾電場為此時霍爾電場為霍爾電勢差為霍爾電勢差為BbvbEVVH21當當Fe= =FH 時時導體中單位體積

12、內的帶電粒子數為導體中單位體積內的帶電粒子數為n，則通過導體電流，則通過導體電流Inqbdv代入上式得代入上式得nedIBVVU21neR1H霍耳系數為霍耳系數為dBIRVVUH12又又若載流子帶電為若載流子帶電為 qnqR1H則霍耳系數為則霍耳系數為霍耳效應的應用霍耳效應的應用dIBnqU1H2.2.根據霍耳系數的大小的測定，可以確定載流子的根據霍耳系數的大小的測定，可以確定載流子的 濃度濃度n n型半導體載流子為電子型半導體載流子為電子p p型半導體載流子為帶正電的空穴型半導體載流子為帶正電的空穴1.1.確定半導體的類型確定半導體的類型霍耳效應已在測量技術、電子技術、計算技術霍耳效應已在測

13、量技術、電子技術、計算技術等各個領域中得到越來越普遍的應用。等各個領域中得到越來越普遍的應用。3.3.磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電電極發(fā)電通道導電氣體NS磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電 導電氣體導電氣體發(fā)電通道發(fā)電通道電極電極qq B磁流體發(fā)電原理圖磁流體發(fā)電原理圖理論曲線理論曲線 量子霍耳效應量子霍耳效應BR2 m3 m4 m1 m崔琦、施特默：更強磁崔琦、施特默：更強磁場下場下 51,41,31,21m克里青：半導體在低克里青：半導體在低溫強磁場溫強磁場 m=1=1，2 2，3 3， 1985年年 諾貝諾貝爾物理獎爾物理獎1998年年 諾貝爾物理獎諾貝爾物理獎實驗曲線實驗曲線*2HhRme薛其坤：薛其坤：2

14、013年實驗發(fā)現量子反?；魻栃陮嶒灠l(fā)現量子反?；魻栃?8-1 恒定電流恒定電流 8-2 磁感應強度磁感應強度 8-3 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 8-4 穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理 8-5 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動 8-6 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用 8-7 磁場中的磁介質磁場中的磁介質 8-8 有磁介質時的安培環(huán)路定理有磁介質時的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度*8-9 鐵磁質鐵磁質 安培力：安培力：載流導線載流導線在磁場中受到的磁場力在磁場中受到的磁場力BlIF ddsinddlBIF dF方向判斷

15、方向判斷 右手螺旋法則右手螺旋法則LLBlIFFdd一段任意形狀載流導線受到的安培力一段任意形狀載流導線受到的安培力大小大小 是電流元與磁感應強度的夾角。是電流元與磁感應強度的夾角。 安培定律安培定律矢量式矢量式載流長直導線在均勻磁場中所受安培力載流長直導線在均勻磁場中所受安培力sinddlBIF 取電流元取電流元lId受力大小受力大小方向：垂直紙面向里方向：垂直紙面向里積分積分LBIllBIFsinsindsinBlIF IBFdlId所以，安培力的大小為所以，安培力的大小為如果載流導線所處為非均勻磁場，可取電流元，每如果載流導線所處為非均勻磁場，可取電流元，每段受力段受力 可分解為可分解為

16、FddxFdyFdzFdxxFFdyyFFdzzFF然后，求出合力即可。然后，求出合力即可。例題例題8-68-6 在磁感強度為在磁感強度為B的均勻磁場中，通過一的均勻磁場中，通過一半徑為半徑為R的半圓導線中的的半圓導線中的電流為電流為I。若導線所在平。若導線所在平面與面與B垂直，求該導線所垂直，求該導線所受的安培力。受的安培力。I I由電流分布的對稱性，電由電流分布的對稱性，電流元各段在流元各段在x方向分力的方向分力的總和為零，總和為零，只有只有y方向分方向分力對合力有貢獻力對合力有貢獻。解：解：坐標坐標Oxy 如圖所示如圖所示各段電流元受到的安培力數值上都等于各段電流元受到的安培力數值上都等

17、于lBIFdd方向沿各自半徑離開圓心向外，整個半圓導線受安方向沿各自半徑離開圓心向外，整個半圓導線受安培力為培力為dFFI IxyxFd FdxFdyFdFdyFd sindsindd lBIFFy ddRl 由安培定律由安培定律由幾何關系由幾何關系上兩式代入上兩式代入yFFd合力合力F的方向：的方向：y軸正軸正方向方向。結果表明：結果表明：半圓形載半圓形載流導線上所受的力與流導線上所受的力與其兩個端點相連的直其兩個端點相連的直導線所受到的力相等導線所受到的力相等. . yFFd I IFdFdxFdxFdyFdyFdxyBIRBIR2dsin0由本題結果可推論：由本題結果可推論：均勻磁場中，

18、任意彎曲載流導均勻磁場中，任意彎曲載流導線上所受的磁場力等效于彎曲導線始、末兩點間直線上所受的磁場力等效于彎曲導線始、末兩點間直導線通以等大電流時所受的磁場力。導線通以等大電流時所受的磁場力。 磁懸浮列車磁懸浮列車車廂下部車廂下部裝有電磁鐵，當電磁鐵通裝有電磁鐵，當電磁鐵通電被鋼軌吸引時就懸浮。電被鋼軌吸引時就懸浮。列車上還安裝一系列極性列車上還安裝一系列極性不變的電磁鐵，鋼軌內側不變的電磁鐵，鋼軌內側裝有兩排推進線圈，線圈裝有兩排推進線圈，線圈通有交變電流，總使前方通有交變電流，總使前方線圈對列車磁體產生吸引線圈對列車磁體產生吸引力，后方線圈對列車產生力，后方線圈對列車產生安培力的應用安培力

19、的應用排斥力，這一推一吸的合力便驅使列車高速前進。強排斥力，這一推一吸的合力便驅使列車高速前進。強大的磁力可使列車懸浮大的磁力可使列車懸浮110cm，與軌道脫離接觸，與軌道脫離接觸，消除了列車運行時與軌道的摩擦阻力，使列車速度可消除了列車運行時與軌道的摩擦阻力，使列車速度可達達400400km/h。電磁驅動力原理圖電磁驅動力原理圖 中國第一輛載人磁懸浮列車中國第一輛載人磁懸浮列車磁懸浮列車磁懸浮列車 如上圖，矩形線圈處于勻強磁場中，如上圖，矩形線圈處于勻強磁場中，AB、CD邊與磁場垂直，線圈平面與磁場方向夾角為邊與磁場垂直，線圈平面與磁場方向夾角為 。ID1FBAB2l2F2F1lC1FB)(

20、CD)(BA2F2FneAD與與BC邊受力大小為邊受力大小為sin11BIlF 受力在同一直線上，相互抵消。受力在同一直線上，相互抵消。22BIlF AB與與CD邊受力大小為邊受力大小為 這兩個邊受力不在在同一直線上，形成一力偶，力這兩個邊受力不在在同一直線上，形成一力偶，力臂為臂為 ，它們在線圈上形成的力矩為它們在線圈上形成的力矩為 cos1lcos12lFM cos21lBIlcosBISB)(CD)(BA2F2Fne由于是矩形線圈，對邊受由于是矩形線圈，對邊受力大小應相等，方向相反。力大小應相等，方向相反。方向為：方向為：垂直向外垂直向外用用 代替代替 ，可得到力矩，可得到力矩sinBI

21、SM 21l lS 為線圈面積，令為線圈面積，令 為線圈平面正法向與磁場為線圈平面正法向與磁場方向的夾角，方向的夾角， 與與 為互余的關系為互余的關系若線圈為若線圈為N匝，則線圈所受力偶為匝，則線圈所受力偶為sinNBISM 2B)(CD)(BA2F2Fne 實際上實際上m=NIS為線圈磁矩為線圈磁矩的大小，方向為線圈平面的的大小，方向為線圈平面的法線方向。法線方向。 用矢量式表示磁場對線用矢量式表示磁場對線圈的力矩：圈的力矩：上式不僅對矩形線圈成立，對于上式不僅對矩形線圈成立，對于中的中的任意形狀的任意形狀的也成立，對于帶電粒子在平面也成立，對于帶電粒子在平面內沿閉合回路運動在磁場中受到的力

22、矩都適用。內沿閉合回路運動在磁場中受到的力矩都適用。BmMB)(CD)(BA2F2Fne（1 1） = /2，線圈平面與磁場方向相互平行，力矩，線圈平面與磁場方向相互平行，力矩最大，這一力矩有使最大，這一力矩有使 減小的趨勢。減小的趨勢。（2 2） =0，線圈平面與磁場方向垂直，力矩為零，線圈平面與磁場方向垂直，力矩為零，線圈處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。線圈處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。 綜上所述，綜上所述，任意形狀不變的平面載流線圈作為整任意形狀不變的平面載流線圈作為整體在均勻外磁場中，受到的合力為零，合力矩使線圈體在均勻外磁場中，受到的合力為零，合力矩使線圈的磁矩轉到磁感應強度的方向。的磁矩轉到磁感應強度的方向

23、。（3 3） = = ，線圈平面與磁場方向相互垂直，力矩，線圈平面與磁場方向相互垂直，力矩為零，但為不穩(wěn)定平衡，為零，但為不穩(wěn)定平衡， 與與 反向，微小擾動，反向，微小擾動，磁場的力矩使線圈轉向穩(wěn)定平衡狀態(tài)。磁場的力矩使線圈轉向穩(wěn)定平衡狀態(tài)。Bm討論：討論：AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I平行載流直導線間距為平行載流直導線間距為a，兩者電流方向相同，間，兩者電流方向相同，間距遠小于導線長，可將兩導線視做無限長導線。距遠小于導線長，可將兩導線視做無限長導線。在在上任取一電流元上任取一電流元22dIl 為載流導線為載流導線AB在在 激發(fā)的磁感應強度激發(fā)的磁感應強度

24、21B22dIl為電流源和所在處磁感應強度的夾角為電流源和所在處磁感應強度的夾角2aIB10212 計算計算CD受到的力，受到的力，CD上所上所任取電流元受力：任取電流元受力：sindd222121lIBFaIB102121sin2210222121d2ddlaIIlIBFaIIlF2102212dd載流導線載流導線CD所受的力方向指向所受的力方向指向AB。載流導線載流導線CD單位長度所受的力單位長度所受的力AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I 表明：表明：兩個同方向的平兩個同方向的平行載流直導線，通過磁場的行載流直導線，通過磁場的作用相互吸引。反之，兩個作用相互

25、吸引。反之，兩個反向的平行載流直導線，通反向的平行載流直導線，通過磁場的作用相互排斥。過磁場的作用相互排斥。AB12B1d l12d F1ICD2d l21B21d Fa2I同理可以證明載流導線同理可以證明載流導線AB單位長度所受的力的方向單位長度所受的力的方向指向導線指向導線CD，大小為，大小為 aII2210iiii載流直導線之間的相互作用載流直導線之間的相互作用 “ “安培安培”的定義：的定義：真空中相距真空中相距1 1m的二無限長而的二無限長而圓截面極小的平行直導線中載有相等的電流時，若圓截面極小的平行直導線中載有相等的電流時，若在每米長度導線上的相互作用力正好等于在每米長度導線上的相

26、互作用力正好等于 ，則導線中的電流定義為則導線中的電流定義為1 1A。N1027 載流線圈或導線在磁場中受到磁場力（安培力）載流線圈或導線在磁場中受到磁場力（安培力）或磁力矩作用，因此，當導線或線圈位置改變時，或磁力矩作用，因此，當導線或線圈位置改變時，磁場力就作了功。下面從一些特殊情況出發(fā)，建立磁場力就作了功。下面從一些特殊情況出發(fā)，建立磁場力作功的一般公式。磁場力作功的一般公式。1. 1. 載流導線在磁場中運動時磁力所作的功載流導線在磁場中運動時磁力所作的功BIlF BIFCDABABI 在力在力 作用下，作用下， 將從初始位置沿著力將從初始位置沿著力 的的方向移動，當移動到位置方向移動，

27、當移動到位置 時磁力時磁力 所作的功所作的功FABFBAFABIlAAFAA 上式說明上式說明當載流導線在磁場中運動時，如果電流當載流導線在磁場中運動時，如果電流保持不變，磁力所作的功等于電流乘以通過回路所環(huán)保持不變，磁力所作的功等于電流乘以通過回路所環(huán)繞的面積內磁通量的增量，繞的面積內磁通量的增量，也即也即磁力所作的功等于電磁力所作的功等于電流乘以載流導線在移動中掃過的面積對應的磁通量。流乘以載流導線在移動中掃過的面積對應的磁通量。IABlDA 0ABlDt磁力所作的功為磁力所作的功為ABlABlDAABlD0t 導線在初始位置導線在初始位置 時和在終了位置時和在終了位置 時，時，通過回路的

28、磁通量分別為通過回路的磁通量分別為ABBA所以所以則則2.2.載流線圈在磁場內轉動時磁場力所作的功載流線圈在磁場內轉動時磁場力所作的功設有一線圈在磁場中轉動，其中電流保持不變。設有一線圈在磁場中轉動，其中電流保持不變。d1F2Fne ba dcBIAdd當線圈從當線圈從 轉到轉到 時，時， 磁力矩所作的總功磁力矩所作的總功為：為：12IIIA)(d1221 恒定磁場恒定磁場不是不是保守力場，磁力的功不等于磁場能保守力場，磁力的功不等于磁場能的減少，而且，的減少，而且，洛倫茲力是不作功的洛倫茲力是不作功的，磁力所作的功，磁力所作的功是消耗電源的能量來完成的。是消耗電源的能量來完成的。例題例題8-

29、78-7 如圖所示，長方形線圈如圖所示，長方形線圈OPQR 可繞可繞y軸轉動，軸轉動，邊長邊長l1=6cm, l2=8cm。線圈中的電流為線圈中的電流為10A，方向沿，方向沿OPQRO，磁場為均勻磁場，磁感應強度為，磁場為均勻磁場，磁感應強度為0.02T，方，方向平行于向平行于Ox。（1）如果使線圈平面和磁感應強度成如果使線圈平面和磁感應強度成 =30角，求此時角，求此時線圈每邊所受的安培力線圈每邊所受的安培力以及線圈所受的磁力矩；以及線圈所受的磁力矩；（2 2）當線圈由這個位置）當線圈由這個位置轉到平衡位置時，求磁轉到平衡位置時，求磁場力的功。場力的功。neOxz1l2lyPQRB解：解：（

30、1 1）設）設為為lId和和B之間的夾角之間的夾角sinFBIlneOxz1l2lyPQRBOP所受磁場力沿所受磁場力沿Oz軸負軸負方向，大小為方向，大小為QR所受磁場力沿所受磁場力沿Oz軸正方向，大小為軸正方向，大小為N106 . 121FN106 . 122FRO所受磁場力沿所受磁場力沿Oy軸負方向，軸負方向，大小為大小為PQ所受磁場力沿所受磁場力沿Oy軸正方向，軸正方向，大小為大小為磁力矩為磁力矩為sinBISM mN103 . 84磁力矩使線圈順時針轉動（面對磁力矩使線圈順時針轉動（面對Oy軸方向看）。軸方向看）。N106 . 024FN106 . 023FneOxz1l2lyPQRB

31、（2 2）線圈在）線圈在 30時，通過線圈平面的磁通量時，通過線圈平面的磁通量cos1BS Wb108 . 44線圈轉至平衡位置時線圈轉至平衡位置時0通過線圈平面的磁通量通過線圈平面的磁通量所以在這運動過程中磁場力作功所以在這運動過程中磁場力作功J108 . 4421IAcos2BS Wb106 . 94 8-1 恒定電流恒定電流 8-2 磁感應強度磁感應強度 8-3 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 8-4 穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理 8-5 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動 8-6 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用 8-7

32、 磁場中的磁介質磁場中的磁介質 8-8 有磁介質時的安培環(huán)路定理有磁介質時的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度*8-9 鐵磁質鐵磁質 磁磁 化：化：磁介質在磁場作用下內部狀態(tài)的變化稱為磁化。磁介質在磁場作用下內部狀態(tài)的變化稱為磁化。磁介質：磁介質：在磁場作用下，其內部狀態(tài)發(fā)生變化，并在磁場作用下，其內部狀態(tài)發(fā)生變化，并反過來影響磁場分布的物質。反過來影響磁場分布的物質。BBB0總磁感總磁感強度強度附加磁附加磁感強度感強度外加磁外加磁感強度感強度磁化后介質內部的磁化后介質內部的磁場表示為：磁場表示為：抗磁質抗磁質( (銅、鉍、硫、氫、銀等銅、鉍、硫、氫、銀等) )0BB 鐵磁質鐵磁質( (鐵、鈷、鎳

33、等鐵、鈷、鎳等) )0BB 磁介質的分類磁介質的分類抗磁質和大多數的順磁質的一個共同特點：抗磁質和大多數的順磁質的一個共同特點：它們它們所激發(fā)的附加磁場極其微弱所激發(fā)的附加磁場極其微弱順磁質順磁質( (錳、鉻、鉑、氧、氮等錳、鉻、鉑、氧、氮等) )0BB 分子電流：把分子或原子看作一個整體，分子分子電流：把分子或原子看作一個整體，分子或原子中各個電子對外界所產生磁效應的總和，可或原子中各個電子對外界所產生磁效應的總和，可用一個等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為用一個等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為分子電流分子電流。BBB0 8-1 恒定電流恒定電流 8-2 磁感應強度磁感應強度 8-3 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐

34、爾定律 8-4 穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理 8-5 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動 8-6 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用 8-7 磁場中的磁介質磁場中的磁介質 8-8 有磁介質時的安培環(huán)路定理有磁介質時的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度*8-9 鐵磁質鐵磁質 反映磁介質磁化程度反映磁介質磁化程度( (大小與方向大小與方向) )的物理量。的物理量。VmmMV分子分子0lim 磁化強度：磁化強度：單位體積內所有分子固有磁矩的單位體積內所有分子固有磁矩的矢量和矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，稱，稱為磁化強度

35、，用為磁化強度，用 表示。表示。 M分子m分子m單位：單位：A/m注：外磁場為零，磁化強度為零。注：外磁場為零，磁化強度為零。外磁場不為零外磁場不為零: :順磁質順磁質抗磁質抗磁質同向、0BM反向、0BM內）（LLIlB000d無磁介質時無磁介質時安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理有磁介質時有磁介質時)(d0sIIlBlMIds)d(d0lMIlBIlMBd)(0或磁場強度：磁場強度：因為因為所以所以定義定義磁場強度：磁場強度：MBH0 注意注意：磁場強度矢量的磁場強度矢量的環(huán)流環(huán)流僅與傳導電流僅與傳導電流I I 有關，有關，在形式上與磁介質無關。其單位為在形式上與磁介質無關。其單位為A/m。 磁介質中

36、的安培環(huán)路定理：磁介質中的安培環(huán)路定理：磁場強度沿任磁場強度沿任意閉合路徑的線積分等于該路徑所包圍的所有意閉合路徑的線積分等于該路徑所包圍的所有傳導傳導電流的代數和電流的代數和，而與磁化電流無關。，而與磁化電流無關。有磁介質時的有磁介質時的安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理IlMBd)(0IlHd因為因為MBH0 實驗證明：對于各向同性的介質，在磁介質實驗證明：對于各向同性的介質，在磁介質中任意一點磁化強度和磁場強度成正比。中任意一點磁化強度和磁場強度成正比。 式中式中 只與磁介質的性質有關，稱為磁介質的只與磁介質的性質有關，稱為磁介質的磁磁化率化率，是一個純數。如果磁介質是均勻的，它是，是一個純數。如

37、果磁介質是均勻的，它是一個常量；如果磁介質是不均勻的，它是空間位一個常量；如果磁介質是不均勻的，它是空間位置的函數。置的函數。mm0順磁質m0抗磁質定義介質磁化率定義介質磁化率mMHMHB00HMmmr1令HB)1 (m0HHBr0相對磁相對磁導率導率磁導率磁導率 值得注意：值得注意： 是為研究介質中的磁場提供方便是為研究介質中的磁場提供方便而不是反映磁場性質的基本物理量，而不是反映磁場性質的基本物理量， 才是反映磁場才是反映磁場性質的基本物理量。性質的基本物理量。HB 8-1 恒定電流恒定電流 8-2 磁感應強度磁感應強度 8-3 畢奧畢奧-薩伐爾定律薩伐爾定律 8-4 穩(wěn)恒磁場的高斯定理與

38、安培環(huán)路定理穩(wěn)恒磁場的高斯定理與安培環(huán)路定理 8-5 帶電粒子在電場和磁場中的運動帶電粒子在電場和磁場中的運動 8-6 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用 8-7 磁場中的磁介質磁場中的磁介質 8-8 有磁介質時的安培環(huán)路定理有磁介質時的安培環(huán)路定理 磁場強度磁場強度*8-9 鐵磁質鐵磁質 與弱磁質相比，鐵磁質具有以下特點：與弱磁質相比，鐵磁質具有以下特點：(1)(1)在外磁場的作用下能產生很強的附加磁場。在外磁場的作用下能產生很強的附加磁場。(2)(2)外磁場停止作用后，仍能保持其磁化狀態(tài)外磁場停止作用后，仍能保持其磁化狀態(tài)剩磁剩磁(4)(4)具有臨界溫度具有臨界溫度Tc c。在。在Tc c以上，鐵磁性完全消以上，鐵磁性完全消失而成為順磁質，失而成為順磁質，Tc