大學(xué)物理學(xué)（第2版）課件：電流的磁場(chǎng)

電流的磁場(chǎng)

§9-1基本磁現(xiàn)象

§9-2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

§9-3畢奧-薩伐爾定律

§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用

§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§9-7鐵磁質(zhì)

第一節(jié)

基本磁現(xiàn)象一、磁現(xiàn)象二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)生活中磁的應(yīng)用無(wú)處不在一、磁現(xiàn)象1、中國(guó)古代在磁現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用方面的貢獻(xiàn)：磁石吸鐵方面的最早記載：《呂氏春秋》：石，鐵之母也。以有慈石，故能吸其子。一、磁現(xiàn)象唐代《元和郡縣志》：“秦磁石門，即阿房宮之北門也，…累磁石為之。著鐵甲入者，磁石吸之不得過(guò)。羌胡以為神。”“安檢系統(tǒng)”一、磁現(xiàn)象中國(guó)在磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)：最早發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象：磁石吸引鐵屑

東漢王充《論衡》描述：司南勺——最早的指南器具。北宋時(shí)期已經(jīng)利用磁針制造指南針并應(yīng)用于航海

。公元1600年，英國(guó)人吉爾伯特（M.Gilbert）發(fā)表《論磁體》一書

。司南勺早期的磁現(xiàn)象包括:

(1)天然磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。

(2)條形磁鐵兩端磁性最強(qiáng)，稱為磁極。任一磁鐵總是兩極同時(shí)存在，在自然界不存在獨(dú)立的N極、S極。同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。磁單極子雖理論預(yù)言存在，至今尚未觀察到。

(3)地球本身為一個(gè)大磁體，地球磁體N、S極與地理南北極不是同一點(diǎn)。存在磁偏角。著有《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》的英國(guó)科學(xué)家李約瑟指出:“作為一個(gè)整體的現(xiàn)代科學(xué)沒(méi)有發(fā)生在中國(guó)，它發(fā)生于西方——?dú)W美。這有什么原因呢？”制度問(wèn)題：科舉制度，閉關(guān)鎖國(guó)從文化視角看：我過(guò)傳統(tǒng)文化講究“實(shí)用”，缺乏科學(xué)探索，建立理論思維的動(dòng)力。從科學(xué)方法看：滿足表面現(xiàn)象，但沒(méi)有嚴(yán)格意義下的實(shí)驗(yàn)和歸納法。愛因斯坦：“西方科學(xué)的發(fā)展是以兩個(gè)偉大的成就為基礎(chǔ)的，即希臘哲學(xué)家發(fā)明的形式邏輯體系（在歐幾里得幾何學(xué)中），以及通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有可能找出因果關(guān)系（在文藝復(fù)興時(shí)期）。”科學(xué)方法論：從“一般到特殊”，理論上的演繹法；從“特殊到一般”，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的分析和歸納法。科學(xué)復(fù)興一、磁現(xiàn)象生物磁現(xiàn)象2015年北京大學(xué)謝燦教授在《自然-材料》發(fā)表標(biāo)題為《一個(gè)磁性蛋白生物指南針》的研究論文。此論文意味著，人類首次發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物體內(nèi)的“生物指南針”。2、中國(guó)近年來(lái)在磁研究和應(yīng)用方面的重大進(jìn)展純鐵鑄造界和回旋加速器界的“天下第一大餅”2014年我國(guó)制成世界最大緊湊型強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器大科學(xué)設(shè)備2019年8月8日，由新奧集團(tuán)自主設(shè)計(jì)建造的中國(guó)首座中等規(guī)模球形托卡馬克聚變實(shí)驗(yàn)裝置——新奧“玄龍-50”在廊坊建成，并實(shí)現(xiàn)了第一次等離子體放電，正式啟動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)。45.22萬(wàn)高斯！我國(guó)刷新這一領(lǐng)域保持23年的世界紀(jì)錄。磁敏傳感器1751年，富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可以使縫衣針磁化。1785～1789年，庫(kù)侖測(cè)量磁鐵之間的相互作用力，與電荷之間的相互作用力相似。1731年，英國(guó)商人發(fā)現(xiàn)雷電后，刀叉具有磁性。但是人們很長(zhǎng)時(shí)間曾認(rèn)為磁和電是兩類截然不同的現(xiàn)象。1、電和磁聯(lián)系的一些早期線索二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)NNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS分割不出單獨(dú)的N極或

S極NS2、電和磁不同之處二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)2.實(shí)驗(yàn)探求（1931年—今）

人類對(duì)磁單極的探尋從未停止

上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見一旦發(fā)現(xiàn)磁單極，將改寫電磁理論。二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)INS

1819年,奧斯特實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)了電流與磁鐵間有力的作用，才逐漸揭開了磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。

在歷史上很長(zhǎng)一段時(shí)期里,人們?cè)J(rèn)為磁和電是兩類截然不同的現(xiàn)象。1820年7月21日，奧斯特以拉丁文報(bào)導(dǎo)了60次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間有著密切的聯(lián)系1.通過(guò)電流的導(dǎo)線(也叫載流導(dǎo)線)附近的磁針，會(huì)受到力的作用而偏轉(zhuǎn)2.放在蹄形磁鐵兩極間的載流導(dǎo)線，也會(huì)受力而運(yùn)動(dòng)3.載流導(dǎo)線之間也有相互作用力。當(dāng)兩平行載流直導(dǎo)線的電流方向相同時(shí)，它們相互吸引；電流方向相反時(shí)，則相互排斥4.通過(guò)磁極間的運(yùn)動(dòng)電荷也受到力的作用。二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)（2）奧斯特實(shí)驗(yàn)的重要性：

首次揭示了電和磁的聯(lián)系，宣告電磁學(xué)作為一個(gè)統(tǒng)一學(xué)科的誕生，開啟了電磁學(xué)的蓬勃發(fā)展之門。二、磁的本質(zhì)-電和磁的聯(lián)系嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度：“我不喜歡沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的枯燥的講課，因?yàn)闅w根到底，所有科學(xué)進(jìn)展都是從實(shí)驗(yàn)開始的?！睓C(jī)遇：法國(guó)著名生物學(xué)家巴斯德在講述奧斯特的發(fā)現(xiàn)時(shí)，說(shuō)過(guò)一句名言：“在觀察的領(lǐng)域里，機(jī)遇只偏愛那些有準(zhǔn)備的頭腦?！保?）奧斯特實(shí)驗(yàn)的啟示：辯證的哲學(xué)方法指導(dǎo)：不能用孤立靜止的方法來(lái)研究自然界，而要用聯(lián)系發(fā)展的觀點(diǎn)來(lái)研究自然界。1、安培的實(shí)驗(yàn)安培搶抓科學(xué)機(jī)遇！磁體

載流導(dǎo)線磁體線圈磁體磁體磁場(chǎng)電流電流？二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)電流與電流通電螺線管與條形磁鐵等效磁體為什么有磁性？志同道合道不同不相為謀二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)23Ls2、安培分子電流假說(shuō)（1822年）

一切磁現(xiàn)象的根源是電流（運(yùn)動(dòng)電荷）的存在。磁性物質(zhì)的分子中存在著“分子電流”，每個(gè)分子電流相當(dāng)于一個(gè)小磁針（稱為“基元磁鐵”），物質(zhì)的磁性取定于物質(zhì)中分子電流的磁效應(yīng)之總和。NS二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)NS解釋磁化與消磁磁化：可視為使物質(zhì)中的分子電流排列整齊顯示出總體效果。二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)3、安培分子電流假說(shuō)意義（1）成功的解釋了磁化現(xiàn)象和磁體消磁現(xiàn)象。（2）安培分子電流假說(shuō)揭示了電和磁的本質(zhì)聯(lián)系。（3）安培的分子電流假說(shuō)一定程度上揭示了磁性的起源，認(rèn)識(shí)到磁體的磁場(chǎng)和電流的磁場(chǎng)一樣，都是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。（4）安培分子電流假說(shuō)與近代關(guān)于原子和分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)相吻合。原子是由原子核和核外電子組成的，電子的繞核運(yùn)動(dòng)就形成了經(jīng)典概念的電流。二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)4、安培分子電流假說(shuō)提出的科學(xué)方法所謂“分子”，是指構(gòu)成物質(zhì)的基元，當(dāng)時(shí)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和分子、原子的認(rèn)識(shí)還很膚淺。在這樣的背景下，安培根據(jù)實(shí)驗(yàn)的種種表現(xiàn)，作出了重要的抽象，顯示出大師的風(fēng)范。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，大膽浪漫的想象能力！二、磁現(xiàn)象的本質(zhì)第二節(jié)

磁場(chǎng)

磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁場(chǎng)二、磁感應(yīng)強(qiáng)度§9-2

磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

電荷(不論靜止或運(yùn)動(dòng))在其周圍空間激發(fā)電場(chǎng)，而運(yùn)動(dòng)電荷在周圍空間還要激發(fā)磁場(chǎng)；在電磁場(chǎng)中，靜止的電荷只受到電力的作用，而運(yùn)動(dòng)電荷除受到電力作用外，還受到磁力的作用。電流或運(yùn)動(dòng)電荷之間相互作用的磁力是通過(guò)磁場(chǎng)而作用的，故磁力也稱為磁場(chǎng)力。靜電荷電場(chǎng)靜電荷磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷注意:這里所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)和靜止都是相對(duì)觀察者說(shuō)的，同一客觀存在的場(chǎng)，它在某一參考系表現(xiàn)為磁場(chǎng)，而在另一參考系中卻可能表現(xiàn)為電場(chǎng)。一、磁場(chǎng)二、磁感應(yīng)強(qiáng)度如何定量地描述磁場(chǎng)？陽(yáng)極NS電子束-+陰極如何定義磁感應(yīng)強(qiáng)度？

研究帶電量為q，速度為v的運(yùn)動(dòng)試探電荷處于磁場(chǎng)中受力情況。引入新的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度描述磁場(chǎng)。

P*實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的力與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。帶電粒子在磁場(chǎng)中某點(diǎn)P

沿某一特定方向（或其反方向）運(yùn)動(dòng)時(shí)不受力，且此特定方向與小磁針指向一致。運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)速率v帶電量qNS+不變不變改變研究磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)電荷所受的作用力控制變量法二、磁感應(yīng)強(qiáng)度（2）帶電粒子在磁場(chǎng)中沿其它方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其受力垂直于與磁場(chǎng)方向所組成的平面。（3）當(dāng)帶電粒子在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)受力最大。二、磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于磁場(chǎng)不變改變運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)速率帶電量實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）運(yùn)動(dòng)速率和帶電量改變，力的大小改變（2）但是比值不變單位

特斯拉磁感強(qiáng)度大小：二、磁感應(yīng)強(qiáng)度方向：可按右手螺旋法則確定大小：

單位：T（特斯拉）,Gs（高斯）

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，磁場(chǎng)中任何一點(diǎn)都存在一個(gè)固有的特定方向和確定的比值Fm/(qv)，與試驗(yàn)電荷的性質(zhì)無(wú)關(guān)，反映了磁場(chǎng)在該點(diǎn)的方向和強(qiáng)弱特征，為此，定義一個(gè)矢量函數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度：

由正電荷所受力的方向出發(fā)，按右手螺旋法則，沿小于π的角度轉(zhuǎn)向正電荷運(yùn)動(dòng)速度v的方向，這時(shí)螺旋前進(jìn)的方向便是該點(diǎn)B的方向。人體磁場(chǎng)極弱，如心電激發(fā)磁場(chǎng)約3×10-10T。測(cè)人體內(nèi)磁場(chǎng)分布可診斷疾病，圖示磁共振圖像。地球磁場(chǎng)約5×10-5T。大型電磁鐵磁場(chǎng)可大于2T。超導(dǎo)磁體能激發(fā)高達(dá)25T磁場(chǎng)；原子核附近可達(dá)104T；脈沖星表面高達(dá)108T。一些磁場(chǎng)的大小：三、磁感應(yīng)線1、磁感應(yīng)線規(guī)定：引入假想的一簇曲線形象地描述磁場(chǎng)（1）曲線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度

的方向。（2）曲線的疏密程度表示該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度的大小。

磁場(chǎng)中某點(diǎn)通過(guò)垂直于的單位面積的磁感線條數(shù)等于該點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。2、典型的磁感線三、磁感應(yīng)線3、磁感線的性質(zhì)①磁感線是無(wú)始無(wú)終的閉合曲線。②任二條磁感線不相交。A③磁感線與電流是套合的，它們之間可用右手螺旋法則來(lái)確定。II三、磁感應(yīng)線1.磁場(chǎng)可以用下述哪一種說(shuō)法來(lái)定義?[]只給電荷以作用力的物理量只給運(yùn)動(dòng)電荷以作用力的物理量貯存有能量的空間能對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功的物理量ABCD提交單選題1分作業(yè)題：整理筆記電流的磁場(chǎng)

§9-1基本磁現(xiàn)象

§9-2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

§9-3畢奧-薩伐爾定律

§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用

§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§9-7鐵磁質(zhì)

一、磁場(chǎng)的疊加原理二、畢奧－薩伐爾定律§9-3畢奧－薩伐爾定律三、畢奧－薩伐爾定律的應(yīng)用§9-3畢奧－薩伐爾定律一、磁場(chǎng)的疊加原理磁場(chǎng)的疊加原理要計(jì)算任意形狀的載流導(dǎo)線在某點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度

，可先把載流導(dǎo)線分割成許多電流元求出每個(gè)電流元在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度

，然后把該載流導(dǎo)線的所有電流元在同一點(diǎn)產(chǎn)生的

疊加，從而得到載流導(dǎo)線在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度

二、畢奧－薩伐爾（Biot-Savart）定律

載流導(dǎo)線中的電流為I，導(dǎo)線半徑比到觀察點(diǎn)P的距離小得多，即為線電流。在線電流上取長(zhǎng)為

的定向線元，規(guī)定的方向與電流的方向相同，為電流元。

電流元在給定點(diǎn)P所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與Idl成正比，與電流元到P點(diǎn)的距離平方成反比，與電流元和矢徑夾角的正弦成正比。方向垂直于與組成的平面，指向?yàn)橛山?jīng)角轉(zhuǎn)向時(shí)右螺旋前進(jìn)方向。

磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量式：Biot-Savart定律的微分形式Biot-Savart定律的積分形式其中，稱為真空中的磁導(dǎo)率。而故三、畢奧－薩伐爾定律的應(yīng)用

寫出電流元在所求點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后按照磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理求出所有電流元在該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量和。先將載流導(dǎo)體分割成許多電流元實(shí)際計(jì)算時(shí)要首先建立合適的坐標(biāo)系，求各電流元的分量式。即電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向不同時(shí)，應(yīng)先求出各分量、、，然后再對(duì)各分量積分?！纠}9-1】

載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)

設(shè)有長(zhǎng)為L(zhǎng)的載流直導(dǎo)線，其中電流為I。計(jì)算距離直導(dǎo)線為a處的P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：任取電流元據(jù)畢奧-薩伐爾定律，此電流元在P點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為

方向根據(jù)右手螺旋定則確定。由于直導(dǎo)線上所有電流元在該點(diǎn)方向相同矢量積分可變?yōu)闃?biāo)量積分由幾何關(guān)系有：考慮三種情況：

(1)導(dǎo)線無(wú)限長(zhǎng)，即(2)導(dǎo)線半無(wú)限長(zhǎng)，場(chǎng)點(diǎn)與一端的連線垂直于導(dǎo)線(3)P點(diǎn)位于導(dǎo)線延長(zhǎng)線上，B=0P【例題9-2】載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)

設(shè)有圓形線圈L，半徑為R，通以電流I。求軸線上一點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度。在場(chǎng)點(diǎn)P的磁感強(qiáng)度大小為解：

各電流元的磁場(chǎng)方向不相同，可分解為和，由于圓電流具有對(duì)稱性，其電流元的逐對(duì)抵消，所以P點(diǎn)的大小為PP因所以（1）在圓心處（2）在遠(yuǎn)離線圈處載流線圈的磁矩引入若線圈有N匝討論：所以解由磁場(chǎng)疊加原理，O點(diǎn)處的磁感強(qiáng)度是由AB、BCD和DE三部分電流產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度的疊加?！纠}9-3】真空中，一無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線，AB、DE部分平直，中間彎曲部分為半徑R＝4.00cm的半圓環(huán)，各部分均在同一平面內(nèi)，如圖所示。若通以電流I＝20.0A，求半圓環(huán)的圓心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

AB部分為“半無(wú)限長(zhǎng)”直線電流，在O點(diǎn)產(chǎn)生的B1大小為因?yàn)樗缘姆较虼怪奔埫嫦蚶铩Ｍ?，DE部分在O點(diǎn)產(chǎn)生的大小與方向均與相同BCD部分在O點(diǎn)產(chǎn)生的B3要用積分計(jì)算：其中為半圓環(huán)上任一電流元在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度，其大小為

，因?yàn)椋实姆较虼怪奔埫嫦蚶?。而且半圓環(huán)上各電流元在O點(diǎn)產(chǎn)生方向都相同，則得到因的方向都相同，所以O(shè)點(diǎn)處總的磁感強(qiáng)度的大小為的方向垂直紙面向里。1.有一個(gè)圓形回路1及一個(gè)正方形回路2,圓的直徑和正方形回路的邊長(zhǎng)相等,二者中通有大小相等的電流,它們?cè)诟髯灾行漠a(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小之比為[]0.901.001.111.22ABCD提交圖1單選題1分作業(yè)題：9-59-6練習(xí)題：9-4電流的磁場(chǎng)

§9-1基本磁現(xiàn)象

§9-2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

§9-3畢奧-薩伐爾定律

§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用

§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§9-7鐵磁質(zhì)

一、穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理二、安培環(huán)路定理三、安培環(huán)路定理的應(yīng)用§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

穿過(guò)任意閉合曲面S的總磁通必然為零，這就是穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理。一、穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理

由磁感應(yīng)線的閉合性可知，對(duì)任意閉合曲面，穿入的磁感應(yīng)線條數(shù)與穿出的磁感應(yīng)線條數(shù)相同，因此，通過(guò)任何閉合曲面的磁通量為零。高斯定理的積分形式§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

在靜電場(chǎng)中，由于自然界有單獨(dú)存在的正、負(fù)電荷，因此通過(guò)一閉合曲面的電通量可以不為零，這反映了靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)。而在磁場(chǎng)中，磁力線的連續(xù)性表明，像正、負(fù)電荷那樣的磁單極是不存在的，磁場(chǎng)是無(wú)源場(chǎng)。

1913年英國(guó)物理學(xué)家狄拉克曾從理論上預(yù)言磁單極子的存在，但至今未被觀察到。

激發(fā)靜電場(chǎng)的場(chǎng)源（電荷）是電場(chǎng)線的源頭或尾閭，所以靜電場(chǎng)是屬于發(fā)散式的場(chǎng)，可稱作有源場(chǎng)；而磁場(chǎng)的磁感線無(wú)頭無(wú)尾，恒是閉合的，所以磁場(chǎng)可稱作無(wú)源場(chǎng)。二、安培環(huán)路定理1.長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)

在恒定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑L的線積分（即環(huán)路積分）,等于什么?

在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)任作的環(huán)路上取一點(diǎn)，到電流的距離為r，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。河蓭缀侮P(guān)系得L

如果沿同一路徑但改變繞行方向積分：結(jié)果為負(fù)值！若認(rèn)為電流為-I則結(jié)果可寫為

L

如果閉合曲線不在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)：結(jié)果一樣！結(jié)果為零！

表明：閉合曲線不包圍電流時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的環(huán)流為零。環(huán)路不包圍電流安培環(huán)路定理

電流I的正負(fù)規(guī)定：積分路徑的繞行方向與電流成右手螺旋關(guān)系時(shí)，電流I為正值；反之I為負(fù)值。

在磁場(chǎng)中，沿任一閉合曲線矢量的線積分（也稱矢量的環(huán)流），等于真空中的磁導(dǎo)率

0乘以穿過(guò)以這閉合曲線為邊界所張任意曲面的各恒定電流的代數(shù)和。I為負(fù)值I為正值繞行方向上述結(jié)論雖是從長(zhǎng)直載流導(dǎo)線磁場(chǎng)得來(lái)，卻具普遍性空間所有電流共同產(chǎn)生的磁場(chǎng)在場(chǎng)中任取的一閉合線，任意規(guī)定一個(gè)繞行方向L上的任一線元空間中的電流環(huán)路所包圍的所有電流的代數(shù)和物理意義：幾點(diǎn)注意：

環(huán)流雖然僅與所圍電流有關(guān)，但磁場(chǎng)卻是所有電流在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)的疊加。任意形狀穩(wěn)恒電流，安培環(huán)路定理都成立。

安培環(huán)路定理僅僅適用于恒定電流產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，恒定電流本身總是閉合的，因此安培環(huán)路定理僅僅適用于閉合的載流導(dǎo)線。

靜電場(chǎng)的高斯定理說(shuō)明靜電場(chǎng)為有源場(chǎng)，環(huán)路定理又說(shuō)明靜電場(chǎng)無(wú)旋；穩(wěn)恒磁場(chǎng)的環(huán)路定理反映穩(wěn)恒磁場(chǎng)有旋，高斯定理又反映穩(wěn)恒磁場(chǎng)無(wú)源。(1)分析磁場(chǎng)的對(duì)稱性；(2)過(guò)場(chǎng)點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)穆窂剑沟醚卮谁h(huán)路的積分易于計(jì)算：的量值恒定，與的夾角處處相等；(3)求出環(huán)路積分；三、安培環(huán)路定理的應(yīng)用(4)用右手螺旋定則確定所選定的回路包圍電流的正負(fù)，最后由磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理求出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。應(yīng)用安培環(huán)路定理的解題步驟：1.長(zhǎng)直圓柱形載流導(dǎo)線內(nèi)外的磁場(chǎng)

設(shè)圓柱電流呈軸對(duì)稱分布，導(dǎo)線可看作是無(wú)限長(zhǎng)的，磁場(chǎng)對(duì)圓柱形軸線具有對(duì)稱性。當(dāng)長(zhǎng)圓柱形載流導(dǎo)線外的磁場(chǎng)與長(zhǎng)直載流導(dǎo)線激發(fā)的磁場(chǎng)相同！

當(dāng)，且電流均勻分布在圓柱形導(dǎo)線表面層時(shí)

當(dāng)，且電流均勻分布在圓柱形導(dǎo)線截面上時(shí)在圓柱形載流導(dǎo)線內(nèi)部，磁感應(yīng)強(qiáng)度和離開軸線的距離r成正比！2.載流長(zhǎng)直螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)

設(shè)螺線管長(zhǎng)度為l,共有N匝。故3.載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)

設(shè)環(huán)上線圈的總匝數(shù)為N，電流為I。因故1.磁場(chǎng)的高斯定理,說(shuō)明[]穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線的條數(shù)必然等于穿出的磁感應(yīng)線的條數(shù)穿入閉合曲面的磁感應(yīng)線的條數(shù)不等于穿出的磁感應(yīng)線的條數(shù)一根磁感應(yīng)線可以終止在閉合曲面內(nèi)一根磁感應(yīng)線不可能完全處于閉合曲面內(nèi)ABCD提交單選題1分2.對(duì)于安培環(huán)路定理,在下面說(shuō)法中正確的是[]

只是穿過(guò)閉合環(huán)路的電流所激發(fā),與環(huán)路外的電流無(wú)關(guān)∑I是環(huán)路內(nèi)、外電流的代數(shù)和安培環(huán)路定律只在具有高度對(duì)稱的磁場(chǎng)中才成立只有磁場(chǎng)分布具有高度對(duì)稱性時(shí),才能用它直接計(jì)算磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小ABCD提交單選題1分3.決定長(zhǎng)直螺線管中磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的因素是[]通入導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度螺線管的體積螺線管的直徑與上述各因素均無(wú)關(guān)ABCD提交單選題1分作業(yè)題：9-99-13練習(xí)題：9-109-12電流的磁場(chǎng)

§9-1基本磁現(xiàn)象

§9-2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

§9-3畢奧-薩伐爾定律

§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用

§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§9-7鐵磁質(zhì)

一、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用二、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用大?。悍较颍旱姆较?/p>

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用1.洛倫茲力

一般情況下，如果帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用，此一磁場(chǎng)力叫洛倫茲力。方向與磁場(chǎng)方向成夾角

時(shí)，洛倫茲力為（右手螺旋定則）一、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用（1）當(dāng)帶電粒子沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí):（2）當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí):帶電粒子所受洛倫茲力總是和帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直，故它只能改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度大小，即洛倫茲力不作功。2.帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)。周期軌道半徑由于洛倫茲力與速度方向垂直，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。洛倫茲力為向心力角頻率（3）如果與斜交成

角粒子作螺旋運(yùn)動(dòng)，半徑螺距周期注意:螺距僅與平行于磁場(chǎng)方向的初速度有關(guān)。3.洛倫茲關(guān)系

帶有電荷量的粒子在靜電場(chǎng)和磁場(chǎng)中以速度運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的作用力為洛倫茲關(guān)系式磁聚焦一束速度大小相近，方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度夾角很小的帶電粒子流從同一點(diǎn)出發(fā)，由于平行磁場(chǎng)速度分量基本相等，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(diǎn)，類似于光學(xué)透鏡的光聚焦現(xiàn)象，稱磁聚焦。廣泛應(yīng)用于電真空器件中對(duì)電子的聚焦。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(shí)驗(yàn)中用來(lái)獲得高能帶電粒子的設(shè)備，下圖為其結(jié)構(gòu)示意圖?；匦铀倨鱀形盒電磁鐵電磁鐵離子源回旋半徑和回旋頻率回旋半徑回旋周期回旋頻率帶電粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)

回旋加速器一般用來(lái)加速質(zhì)量較大的帶電粒子。下圖為世界最大的回旋加速器內(nèi)部情況。...................................................................+-速度選擇器照相底片質(zhì)譜儀的示意圖離子源7072737476鍺的質(zhì)譜——用物理方法研究物質(zhì)同位素的裝置回旋半徑質(zhì)譜儀倍恩勃立奇質(zhì)譜儀4.霍耳（E.C.Hall)效應(yīng)

在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加一磁場(chǎng)，則平行磁場(chǎng)的兩面出現(xiàn)一個(gè)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象是1879年美國(guó)物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳效應(yīng)。該電勢(shì)差稱為霍耳電勢(shì)差

。半導(dǎo)體金屬

實(shí)驗(yàn)指出，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，霍耳電勢(shì)差

U與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的寬d成反比。RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。原理霍耳效應(yīng)是由于導(dǎo)體中的載流子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用發(fā)生橫向漂移的結(jié)果。下面以金屬導(dǎo)體為例，來(lái)說(shuō)明其原理。12其中載流子是電子，運(yùn)動(dòng)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(chǎng)，這些自由電子受洛倫茲力的作用，大小為EH洛倫茲力向上，使電子向上漂移，使得金屬薄片上側(cè)有多余負(fù)電荷積累，下側(cè)缺少負(fù)電荷，有多余正電荷積累，結(jié)果在導(dǎo)體內(nèi)形成附加電場(chǎng)，稱霍耳電場(chǎng)。此電場(chǎng)給電子電場(chǎng)力與洛侖茲力反向，大小為當(dāng)Fe=FH時(shí)不再有漂移，載流子正常移動(dòng)。12EH此時(shí)霍爾電場(chǎng)為霍爾電勢(shì)差為當(dāng)Fe=FH時(shí)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的帶電粒子數(shù)為n，則通過(guò)導(dǎo)體電流代入上式得霍耳系數(shù)為又若載流子為帶正電的q則霍耳系數(shù)為霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2.根據(jù)霍耳系數(shù)的大小的測(cè)定，可以確定載流子的濃度n型半導(dǎo)體載流子為電子p型半導(dǎo)體載流子為帶正電的空穴1.確定半導(dǎo)體的類型

霍耳效應(yīng)已在測(cè)量技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域中得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。3.磁流體發(fā)電電極發(fā)電通道導(dǎo)電氣體磁流體發(fā)電導(dǎo)電氣體發(fā)電通道電極磁流體發(fā)電原理圖

使高溫等離子體（導(dǎo)電流體）以1000m·s-1的高速進(jìn)入發(fā)電通道（發(fā)電通道上下兩面有磁極），由于洛倫茲力作用，結(jié)果在發(fā)電通道兩側(cè)的電極上產(chǎn)生電勢(shì)差。不斷提供高溫高速的等離子體，便能在電極上連續(xù)輸出電能。理論曲線

量子霍耳效應(yīng)B崔琦、施特默：更強(qiáng)磁場(chǎng)下

克里青：半導(dǎo)體在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)m=1，2，3，…

1985年諾貝爾物理獎(jiǎng)

1998年諾貝爾物理獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)曲線物理知識(shí)量子反?；魻栃?yīng)獲2018國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，這有多“反?！保?.磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力安培定律二、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用自由電子所受的洛倫茲力大小為電流元中自由電子數(shù)為磁場(chǎng)作用在電流元上的力為_SIdl_____1.磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力安培定律安培力：載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的磁場(chǎng)力dF方向判斷右手螺旋一段任意形狀載流導(dǎo)線受到的安培力大小

是電流元與磁感應(yīng)強(qiáng)度的夾角。安培定律矢量式二、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用

在電流元所在的微小空間區(qū)域，磁場(chǎng)可看作勻強(qiáng)的，按照洛倫茲力公式，可得電流元所受磁場(chǎng)力這就是電流元在磁場(chǎng)中受到的安培力。1.磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力安培定律二、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用載流長(zhǎng)直導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受安培力取電流元受力大小方向：垂直紙面向里積分

B所以，安培力的大小為如果載流導(dǎo)線所處為非均勻磁場(chǎng)，可取電流元，每段受力可分解為然后，求出合力即可。【例題8-6】如圖所示，載流長(zhǎng)直導(dǎo)線L1通有電流I1，另一載流直導(dǎo)線L2與L1共面且正交，長(zhǎng)為L(zhǎng)2，通電流I2。L2的左端與L1相距d，求導(dǎo)線L2所受的磁場(chǎng)力。解：長(zhǎng)直載流導(dǎo)線L1所產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度B在L2處的方向雖都是垂直圖面向內(nèi)，但它的大小沿L2逐點(diǎn)不同

要計(jì)算L2所受的力，先要在L2上距L1為x處任意取一線段元dx

，在電流元dx的微小范圍內(nèi)，長(zhǎng)直載流導(dǎo)線L1所產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度B可看作恒量，它的大小為顯然任一電流元dx的方向都與磁感強(qiáng)度B垂直，即，所以由安培定律得電流元dx所受安培力的大小為根據(jù)矢積Idl×B的方向可知，電流元所受安培力的方向垂直L2且指向上

由于所有電流元受力方向都相同，所以整根L2所受的力F是各電流元受力大小的和，可用標(biāo)量積分直接計(jì)算導(dǎo)線L2所受的磁場(chǎng)力為

導(dǎo)體L2受力的方向和電流元受力方向一樣，也是垂直L2且向上。2.磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用力矩

如上圖，矩形線圈處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，AB、CD邊與磁場(chǎng)垂直，線圈平面與磁場(chǎng)方向夾角為。

由于是矩形線圈，對(duì)邊受力大小應(yīng)相等，方向相反。AD與BC邊受力大小為AB與CD邊受力大小為

AD與BC邊受力在同一直線上，相互抵消。

這兩個(gè)邊受力不在在同一直線上，形成一力偶，力臂為，它們?cè)诰€圈上形成的力偶矩為

用

代替

，可得到力矩為線圈面積，圖中

為線圈平面正法向與磁場(chǎng)方向的夾角，

與

為互余的關(guān)系若線圈為N匝，則線圈所受力偶為

可以證明，上式不僅對(duì)矩形線圈成立，對(duì)于均勻磁場(chǎng)中的任意形狀的平面線圈也成立，對(duì)于帶電粒子在平面內(nèi)沿閉合回路運(yùn)動(dòng)以及帶電粒子自旋所具有的磁矩，在磁場(chǎng)中受到的力矩都適用。

實(shí)際上=NIS為線圈磁矩的大小，力矩的方向?yàn)榫€圈磁矩與磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量積；用矢量式表示磁場(chǎng)對(duì)線圈的力矩：（1）

=/2，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互平行，力矩最大，這一力矩有使

減小的趨勢(shì)。（2）

=0，線圈平面與磁場(chǎng)方向垂直，力矩為零，線圈處于平衡狀態(tài)。

綜上所述，任意形狀不變的平面載流線圈作為整體在均勻外磁場(chǎng)中，受到的合力為零，合力矩使線圈的磁矩轉(zhuǎn)到磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。（3）

=

，線圈平面與磁場(chǎng)方向相互垂直，力矩為零，但為不穩(wěn)定平衡，與反向，微小擾動(dòng)，磁場(chǎng)的力矩使線圈轉(zhuǎn)向穩(wěn)定平衡狀態(tài)。討論：小結(jié)一、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用：1、勻強(qiáng)磁場(chǎng)2、非勻強(qiáng)磁場(chǎng)二、磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用1、安培力2、線圈所受的力矩1.飛機(jī)在天空水平向西飛行，機(jī)上電子較多的地方是（

）飛機(jī)下部的機(jī)翼上飛機(jī)上部的機(jī)翼上飛機(jī)尾部飛機(jī)前端ABCD提交單選題1分2.運(yùn)動(dòng)電荷受洛倫茲力后,其動(dòng)能、動(dòng)量的變化情況是[]動(dòng)能守恒動(dòng)量守恒動(dòng)能、動(dòng)量都守恒動(dòng)能、動(dòng)量都不守恒ABCD提交單選題1分3.一帶電粒子垂直射入均勻磁場(chǎng)中,如果粒子質(zhì)量增大到原來(lái)的兩倍,入射速度增大到兩倍,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到4倍,忽略粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng),則粒子運(yùn)動(dòng)軌跡所包圍范圍內(nèi)的磁通量增大到原來(lái)的[]2倍4倍0.5倍0.25倍ABCD提交單選題1分4.一個(gè)載流線圈磁矩的大小取決于[]線圈的長(zhǎng)度線圈所圍的面積導(dǎo)線本身的橫截面積線圈所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度ABCD提交單選題1分5.兩個(gè)電子同時(shí)由兩電子槍射出,它們的初速度與均勻磁場(chǎng)垂直,速率分別為2v和v,經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后[]第一個(gè)電子先回到出發(fā)點(diǎn)第二個(gè)電子先回到出發(fā)點(diǎn)兩個(gè)電子同時(shí)回到出發(fā)點(diǎn)兩個(gè)電子都不能回到出發(fā)點(diǎn)ABCD提交單選題1分作業(yè)題：9-16練習(xí)題：9-19-29-159-20電流的磁場(chǎng)

§9-1基本磁現(xiàn)象

§9-2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度

§9-3畢奧-薩伐爾定律

§9-4穩(wěn)恒磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理

§9-5磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線和載流線圈的作用

§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響

§9-7鐵磁質(zhì)

一、磁介質(zhì)及其分類二、磁化的微觀機(jī)制§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響三、磁化強(qiáng)度矢量四、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率五、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理§9-6磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響一、磁介質(zhì)及其分類磁化：磁介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下內(nèi)部狀態(tài)的變化稱為磁化。磁介質(zhì)：在磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化，并反過(guò)來(lái)影響磁場(chǎng)分布的物質(zhì)。總磁感強(qiáng)度附加磁感強(qiáng)度外加磁感強(qiáng)度

磁化后介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)與附加磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)的關(guān)系：抗磁質(zhì)(銅、鉍、硫、氫、銀等)鐵磁質(zhì)(鐵、鈷、鎳等)磁介質(zhì)的分類抗磁質(zhì)和大多數(shù)的順磁質(zhì)的一個(gè)共同特點(diǎn)：它們所激發(fā)的附加磁場(chǎng)極其微弱順磁質(zhì)(錳、鉻、鉑、氧、氮等)二、磁化的微觀機(jī)制

分子電流：把分子或原子看作一個(gè)整體，分子或原子中各個(gè)電子對(duì)外界所產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和，可用一個(gè)等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為分子電流。

分子磁矩：把分子所具有的磁矩統(tǒng)稱為分子磁矩，用符號(hào)表示。

電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)的作用下，分子或原子中和每個(gè)電子相聯(lián)系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的電子以一定的角動(dòng)量作高速轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為電子的進(jìn)動(dòng)。陀螺的進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)

可以證明：不論電子原來(lái)的磁矩與磁場(chǎng)方向之間的夾角是何值，在外磁場(chǎng)中，電子角動(dòng)量進(jìn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向總是和磁力矩的方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系。這種等效圓電流的磁矩的方向永遠(yuǎn)與的方向相反。

附加磁矩：因進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生的等效磁矩稱為附加磁矩，用符號(hào)表示。順磁質(zhì)的磁化

對(duì)順磁質(zhì)而言，由于熱運(yùn)動(dòng)，各分子磁矩雜亂無(wú)章，總體磁矩矢量和為零。在外磁場(chǎng)作用下，這些分子磁矩將趨與外磁場(chǎng)方向一致的狀態(tài)。熱運(yùn)動(dòng)破壞這種有序性的形成。在較強(qiáng)磁場(chǎng)和較低溫度下，分子磁矩排列越整齊，這時(shí),在順磁體內(nèi)任意取一體積元，其中各分子磁矩的矢量和將有一定的量值，因而在宏觀上呈現(xiàn)出一個(gè)與外磁場(chǎng)同向的附加磁場(chǎng)B′

，順磁質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小增強(qiáng)為B=B0+B′，這就是順磁質(zhì)的磁化效應(yīng)。

在外磁場(chǎng)作用下，抗磁材料中電子軌道磁矩受其作用整體產(chǎn)生一附加磁矩，在外磁場(chǎng)的作用下，磁體內(nèi)任意體積元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，結(jié)果在磁體內(nèi)激發(fā)一個(gè)和外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)B′。于是抗磁質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小減為B=B0-B′，這就是抗磁質(zhì)的磁化效應(yīng)。抗磁性起源于外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)作用的結(jié)果，在任何原子或分子的結(jié)構(gòu)中都會(huì)產(chǎn)生。它是一切磁介質(zhì)共有的性質(zhì)?？勾刨|(zhì)的磁化三、磁化強(qiáng)度矢量

反映磁介質(zhì)磁化程度(大小與方向)的物理量。均勻磁化非均勻磁化

磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和，稱為磁化強(qiáng)度，用表示。

磁化強(qiáng)度的單位：

注意：對(duì)順磁質(zhì)，可以忽略；對(duì)抗磁質(zhì),，對(duì)于真空，。外磁場(chǎng)為零，磁化強(qiáng)度為零。外磁場(chǎng)不為零:順磁質(zhì)抗磁質(zhì)四、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率

為反映各種磁介質(zhì)對(duì)外磁場(chǎng)影響的程度，常用磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率來(lái)描述

設(shè)螺線管中的電流為I，單位長(zhǎng)度的匝數(shù)為n，則電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度的大小為在長(zhǎng)直螺線管內(nèi)充滿某種均勻的各向同性磁介質(zhì)，則由于磁介質(zhì)的磁化而產(chǎn)生附加磁感強(qiáng)度B′，使螺線管內(nèi)的磁介質(zhì)中的磁感強(qiáng)度變?yōu)锽，B和大小的比為比值是決定磁介質(zhì)磁性的純數(shù)，叫做該磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。它的大小表征了磁介質(zhì)對(duì)外磁場(chǎng)影響的程度。

磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率順磁質(zhì)＞1＜1

抗磁質(zhì)五、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理無(wú)磁介質(zhì)時(shí)安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理

表明：磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的環(huán)流和傳導(dǎo)電流I有關(guān)，而在形式上與磁介質(zhì)的磁性無(wú)關(guān)。其單位在國(guó)際單位制中是A/m。

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過(guò)該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。解：（1）對(duì)稱性分析。磁介質(zhì)環(huán)上密繞線圈構(gòu)成充滿磁介質(zhì)的螺繞環(huán)，環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)具有對(duì)稱性分布

（2）積分路徑的選取。由磁場(chǎng)分布的對(duì)稱性，可選取以環(huán)心為圓心、以R為半徑的圓周作為閉合積分路徑；【例題9-6】在磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì)環(huán)上緊密地繞有表面絕緣的導(dǎo)線圈，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為，通有電流。求磁介質(zhì)環(huán)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小H和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。

（3）閉合回路中電流的計(jì)算。閉合積分路徑中包圍的傳導(dǎo)電流總量為（4）由介質(zhì)中的安培環(huán)路定理計(jì)算可得又根據(jù)公式可得一、鐵磁性材料的應(yīng)用二、鐵磁質(zhì)的性質(zhì)三、鐵磁性材料的分類§9-7鐵磁質(zhì)§9-7鐵磁質(zhì)一、鐵磁性材料的應(yīng)用在各類磁介質(zhì)中應(yīng)用最廣泛的是鐵磁性物質(zhì)。在20世紀(jì)初期，鐵磁性材料主要用在電機(jī)制造業(yè)和通訊器件中，而自50年代以來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的發(fā)展，應(yīng)用鐵磁性材料進(jìn)行信息的存儲(chǔ)和記錄，已經(jīng)發(fā)展成為引人注目的系列新技術(shù)，預(yù)計(jì)新的更為廣泛的應(yīng)用還將不斷得到發(fā)展。因此，對(duì)鐵磁材料磁化性能的研究，無(wú)論在理論上還是實(shí)用上都具有十分重要的意義。二、鐵磁質(zhì)的特性1.鐵磁質(zhì)能產(chǎn)生特別強(qiáng)的附加磁場(chǎng)B′。從而使鐵磁質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外加磁場(chǎng)B0。2.鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率不是常量。OHACBS

使勵(lì)磁電流從零開始，此時(shí)B=H=0，然后逐漸增大電流，以增大H

。測(cè)得B與H的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示：

根據(jù)，可以求出不同H值對(duì)應(yīng)的

r值，由此可見鐵磁質(zhì)B~H顯著的非線性特點(diǎn)。

當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的B并不按原來(lái)的曲線減小，并且H=0時(shí)，B不等于0，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為剩磁。

要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場(chǎng)，當(dāng)B=0時(shí)磁場(chǎng)的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。BHedcOafbBH

當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場(chǎng)減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線為一閉合曲線——磁滯回線。3．鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程并不是可逆的。4．鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，鐵磁質(zhì)的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁性就完全消失。這個(gè)溫度叫做居里溫度或居里點(diǎn)。由實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定鐵的居里溫度是770℃(1043K)。BHO

矯頑力很小(Hc<102A·m-1)，磁滯回線窄，所圍的面積小，磁滯損耗小，易磁化，也易退磁。

適用于交變磁場(chǎng)中，常用作變壓器、繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵和發(fā)電機(jī)的鐵芯。軟磁材料三、