1、11稳恒磁场稳恒磁场磁场磁场 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律1磁场的高斯定理磁场的高斯定理2磁场的安培环路定理磁场的安培环路定理3磁场的对外作用磁场的对外作用4超导简介超导简介52静电荷静电荷运动电荷运动电荷稳恒电流稳恒电流静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场电场电场 磁场磁场 学习方法：学习方法：类比法类比法3司南勺司南勺（1 1）具有磁性，能吸引铁、）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。钴、镍等物质。（2 2）具有磁极，分磁北极）具有磁极，分磁北极N和磁南极和磁南极S。（3 3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。（4 4）磁极不能单独存在。）磁极不
2、能单独存在。磁体的性质：磁体的性质：一一.磁的基本现象磁的基本现象11.1 11.1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度44在磁极区域，磁性较强在磁极区域，磁性较强5.11磁偏角 地球是一个巨大地球是一个巨大的永磁体。的永磁体。51820年年4月，丹麦物理学家月，丹麦物理学家奥斯特发现了小磁针在通电奥斯特发现了小磁针在通电导线周围受力作用而发生偏导线周围受力作用而发生偏转。转。磁铁对载流导线、磁铁对载流导线、载流导线之间或载流导线之间或载流线圈之间也载流线圈之间也有相互作用。有相互作用。实验发现：实验发现：6运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。安培指
3、出：安培指出：天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。nI分子电流分子电流NS电荷的运动是一切磁现象的根源。电荷的运动是一切磁现象的根源。7二二.磁场磁场 近代理论和实验表明：物质间的磁力作用是通过近代理论和实验表明：物质间的磁力作用是通过磁场传递的。即磁场传递的。即运动电运动电 荷荷磁磁 场场运动电运动电 荷荷恒定磁场恒定磁场空间分布不随时间变化的磁场。空间分布不随时间变化的磁场。反映磁场性质的物理量：反映磁场性质的物理量：磁感应强度磁感应强度B的方向：的方向：B小磁针在场点处时其小磁针在场点处时其 N 极的指向。极的指向。88磁感应强度的大小：磁
4、感应强度的大小：实验实验1 1：点电荷点电荷q0以同一速以同一速率率v沿不同方向运动。沿不同方向运动。BvF0q实验表明：实验表明：（4）电荷）电荷q0垂直磁场方向运动时，垂直磁场方向运动时，maxFF（3）电荷）电荷q0沿磁场方向运动时，沿磁场方向运动时，0FvF（1）而变化的大小随vF（2）9 （1 1）在磁场中同一场点，）在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量为一恒量；实验表明：实验表明：实验实验2：在垂直于磁场方向在垂直于磁场方向改变改变运动电荷的运动电荷的速率速率v，改变改变点电荷的点电荷的电量电量q0。LfvBq （2 2）在在磁场中磁场中不同不同场场点，点，Fmax/q0v
5、 的量值不同。的量值不同。定义：定义：磁感应强度的磁感应强度的大小：大小：vqfBL0max单位单位:特斯拉特斯拉 T101011.2 11.2 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律 毕奥和萨伐尔用实验的方毕奥和萨伐尔用实验的方法证明：长直载流导线周围的法证明：长直载流导线周围的磁感应强度与距离成反比与电磁感应强度与距离成反比与电流成正比。流成正比。rIB BrI1111一、毕一、毕萨定律：萨定律：研究一段电流元产生磁感应强度的规律。研究一段电流元产生磁感应强度的规律。rlId表述：表述：电流元电流元 在空间在空间 点产生的磁场点产生的磁场 为：为：PBd304rrlIdBdlId电流元电流元 ：d
6、l dl 的方向：的方向：电流的方向。电流的方向。204relIdrPlIdre：从电流元所在位置指向场点：从电流元所在位置指向场点P的单位矢量。的单位矢量。)/(10427ANo真空中的磁导率真空中的磁导率12LroLrelIdBdB24一段载流导线产生的磁场：一段载流导线产生的磁场：Bd 垂直于垂直于 和和 所形成的平面。所形成的平面。lIdr大小：大小：20sin4rIdldB方向：方向：由右手螺旋法则确定由右手螺旋法则确定lIdr r为为 与与 之间的夹角。之间的夹角。lIdrBd1330 4rrlIdBd4、求求 B 的分量的分量 Bx、By、Bz;3、确定电流元的磁场确定电流元的磁
7、场2、分割电流元分割电流元;1、建立坐标系建立坐标系;5、求总场求总场：,kBjBiBBzyx应用毕萨定律计算一段载流导体的磁场：应用毕萨定律计算一段载流导体的磁场：,xxdBB,yydBBzzdBB二、毕二、毕萨定律的应用萨定律的应用14解解:20sin4aIdldB)ctg(alr rBdaxolllIdP21ctgadadl2csccscar分割电流元分割电流元I1 1：载流直导线的磁场：载流直导线的磁场（设场点（设场点P P到电流的垂直距离到电流的垂直距离为为a a）统一积分变量统一积分变量:daIdBsin4 01515dBBdaIsin4021210coscos4 aIr rBda
8、xolllIdP211、无限长载流直导线的磁场、无限长载流直导线的磁场 ,01;2aIB202、载流导线延长线上任一点的磁场、载流导线延长线上任一点的磁场0BIaP,/rlId162.2.圆形电流轴线上的磁场圆形电流轴线上的磁场 载流圆线圈半径为载流圆线圈半径为R，电流为电流为I。求轴线上距圆心。求轴线上距圆心O为为x处处P点的磁感应强度。点的磁感应强度。解：建立坐标系解：建立坐标系Oxy任取电流元任取电流元lIdrIoxRxPBddBxdBdBxdBBdlId lId200490sinrIdldB分析对称性可得：分析对称性可得：,0BxBB 1717dlrRrIBR20204rRsinRdl
9、rIR203043202rIR2/322202RxIRxxdBBBsindB方向：右手螺旋法则方向：右手螺旋法则IoxRxPB1818讨论讨论:(1)载流圆环环心处的磁场载流圆环环心处的磁场RIBo20(2)载流圆弧导线在圆心处产生的磁场载流圆弧导线在圆心处产生的磁场 IoRB BrOI0rIB40019193.3.载流密绕直螺线管内部轴线上的磁场载流密绕直螺线管内部轴线上的磁场xrOR12xxd螺线管半径为螺线管半径为 R导线中电流为导线中电流为 I单位长度线圈匝数单位长度线圈匝数 nxInIdd 在螺线管上的在螺线管上的 x 处截取一小段处截取一小段232220)(d2dxRxnIRB21
10、232220)(d2dxxxRxnIRBB20cotRx dcscd2Rx21sin20dnIB)cos(cos2120nI无限长螺线管：无限长螺线管：102nIB0 xrOR12xxd2121PRaaa练习练习2：无限长载流导线弯成直角，无限长载流导线弯成直角，P点和点和R点的磁场？点的磁场？练习练习1：边长为边长为a的正方形通以电流的正方形通以电流I，角上一，角上一点点P的磁场？的磁场？P43221 2421 2222练习练习3：一根无限长导线通有电流一根无限长导线通有电流I I，中部弯成圆弧，中部弯成圆弧形，如图所示。求圆心形，如图所示。求圆心o o点的磁感应强度点的磁感应强度B B。R
11、oIIabcd0120030RIRIB6)231(00垂直纸面向里垂直纸面向里2323I分割电流元为无限多宽为分割电流元为无限多宽为 dx的无限长载流直导线；的无限长载流直导线；解：解：建立如图坐标系建立如图坐标系电流元电流电流元电流aPbdxoxxdxaIdIdI例：例：一宽为一宽为 a 无限长载流平面，通无限长载流平面，通有电流有电流 I ,求距平面左侧为求距平面左侧为 b 与电与电流共面的流共面的 P 点磁感应强度点磁感应强度 B 的大小。的大小。xdIdB20axIdx20 B2424dBBbabaxIdx20bbaaIln20思考：思考：在半径在半径R R 的的“无限长无限长”半圆柱
12、形金属片中，半圆柱形金属片中，有电流有电流I I 从下而上地通过，如图，试求圆柱轴线上从下而上地通过，如图，试求圆柱轴线上一点一点P P的磁感强度。的磁感强度。2525三三.运动电荷的磁场运动电荷的磁场dtqnSdldtdQI/电流元产生的磁场：电流元产生的磁场：20 4rrl dIBd 电流元电流元 Idl，体元为体元为Sdl，内有内有nSdl个电荷个电荷nSqvqnsdldQ 一个电荷产生的磁场为：一个电荷产生的磁场为：dNBdB20 4rdNrl dIIdl+vIS2620 4rdlnSrl dvSnqB 20 4rrvqB v vr rPB Bqv vr rPB Bq将将I与与dN代入
13、代入运动电荷的磁场公式：运动电荷的磁场公式：2727例：例：电子绕核转动，半径电子绕核转动，半径r r，速率速率v v，求轨道中心求轨道中心处的磁感应强度的大小处的磁感应强度的大小。解法一解法一：解法二：解法二：用运动电荷的磁场公式用运动电荷的磁场公式rIB20 204rev oevr电子绕核转动的周期：电子绕核转动的周期：vrT 2 它所产生的圆电流的电流强度为：它所产生的圆电流的电流强度为：revTqI 2 204revB 28解：解：例例：一塑料圆盘，半径为一塑料圆盘，半径为R R，电荷，电荷q q均匀分布于表面，均匀分布于表面，圆盘绕通过圆心垂直盘面的轴语速匀速转动，角速度圆盘绕通过圆
14、心垂直盘面的轴语速匀速转动，角速度，求盘心的磁感应强度。，求盘心的磁感应强度。将圆盘分划成许多圆环，将圆盘分划成许多圆环，rdrrdrRqdq2222RrdrqdqdI20022RdrqrdIdBRqRdrqdBBR220020,22Rqrdr29（1）磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁感应强度的方向一致。感应强度的方向一致。一一.磁感应线（磁感应线（B B线）：线）：B11.311.3 磁场的高斯定理磁场的高斯定理（2）垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该处磁感应强度处磁感应强度B 的大小。的大小。30条形磁铁周围
15、的磁感应线条形磁铁周围的磁感应线31直线电流的磁感应线直线电流的磁感应线磁感应线为一组环绕电磁感应线为一组环绕电流的闭合曲线。流的闭合曲线。32圆电流的磁感应线圆电流的磁感应线I33通电螺线管通电螺线管的磁感应线的磁感应线磁感应线的特点：磁感应线的特点：（1）磁感应线是连续的，不会相交。磁感应线是连续的，不会相交。（2）磁感应线是围绕电流的一组闭合曲线，没磁感应线是围绕电流的一组闭合曲线，没有起点，没有终点。有起点，没有终点。(3)(3)磁力线的环绕方向与电流方向之间可以磁力线的环绕方向与电流方向之间可以分别用右手定则表示。分别用右手定则表示。3434二、磁通量二、磁通量磁通量磁通量:磁场中通
16、过给定曲面的磁力线条数磁场中通过给定曲面的磁力线条数SBmddSSdBdmSmmSdBd单位单位：韦伯（韦伯（Wb）闭合曲面规定：闭合曲面规定：取向外方向为面的正方向取向外方向为面的正方向磁力线穿出闭合面为正通量，磁力线穿出闭合面为正通量，磁力线穿入闭合面为负通量。磁力线穿入闭合面为负通量。35定理表述：定理表述：穿过任意闭合面的磁通量等于零。穿过任意闭合面的磁通量等于零。磁场中的高斯定理阐明了磁场的性质：磁场中的高斯定理阐明了磁场的性质：磁场是无源场。磁场是无源场。三、磁场中的高斯定理三、磁场中的高斯定理由于磁力线为闭合曲线，穿入由于磁力线为闭合曲线，穿入穿出闭合面的磁力线根数相同，穿出闭合
17、面的磁力线根数相同，正负通量抵消。正负通量抵消。0SBdm36一、定理表述一、定理表述 真空中，在恒定电流的磁场中真空中，在恒定电流的磁场中,磁感应强度沿闭合磁感应强度沿闭合回路的线积分（回路的线积分（B B 的环流），等于环路所包围的电的环流），等于环路所包围的电流代数和流代数和 的的0倍倍。LIl dB0 11.411.4 安培环路定理安培环路定理 电流方向与环路绕行方向满足右手定则时电流电流方向与环路绕行方向满足右手定则时电流 I 取正；反之取负。取正；反之取负。(1)电流的正负规定电流的正负规定r 说明说明37(2)B是是环路内外电流共同产生的。环路内外电流共同产生的。(4)环路定理只
18、适用于闭合电流或无限电流。环路定理只适用于闭合电流或无限电流。如图所示，求环路如图所示，求环路L的环流。的环流。解：解：由环路定理由环路定理LId0lB)2(210II L1I2I3I3838二二.安培环路定理的应用安培环路定理的应用 当当场源场源分布具有分布具有高度对称性高度对称性时，利用安培环路时，利用安培环路定理计算磁感应强度。定理计算磁感应强度。关键：关键：根据磁场的对称性，选取合适的闭合环路根据磁场的对称性，选取合适的闭合环路LIdlB0要求：环路上各点要求：环路上各点 B B的的大小相等，方向与环路大小相等，方向与环路方向一致，或垂直方向一致，或垂直 l dB或：或：小窍门小窍门:
19、通常情况下环路：矩形或圆形。通常情况下环路：矩形或圆形。391.1.无限长载流圆柱导体的磁场分布无限长载流圆柱导体的磁场分布已知：已知：I、R，电流沿轴向，在截面上均匀分布电流沿轴向，在截面上均匀分布RIr分析对称性：分析对称性：电流分布电流分布轴对称轴对称磁场分布磁场分布轴对称轴对称B（1 1）圆柱外的磁场：）圆柱外的磁场：如图在圆柱外作如图在圆柱外作半径为半径为 r的圆形的圆形环路环路BdlldBcosrBdlB240RIrr环路内电流代数和为：环路内电流代数和为：IIrIB20外（2 2）圆柱内的磁场：）圆柱内的磁场：类似的在柱内作类似的在柱内作半径为半径为 r的圆形的圆形环路环路Bdl
20、ldBcosrBdlB222rRII202 RIrB内4141 结论：结论：无限长载流圆柱导体无限长载流圆柱导体。已知：。已知：I、RRrrIRrRIrB22020RI 20BROr长直载流圆柱面的磁场如何？已知：长直载流圆柱面的磁场如何？已知：I、R422.2.长直载流螺线管的磁场分布长直载流螺线管的磁场分布已知：已知：I、n(单位长度导线匝数单位长度导线匝数)分析对称性可知：分析对称性可知：B Babdc 0外B管内磁力线平行于管轴管内磁力线平行于管轴管外靠近管壁处磁场为零管外靠近管壁处磁场为零IdcnI作闭合环路作闭合环路 adcba，abbccddal dBl dBl dBl dBl
21、dBdcBIdcnI00nIB043rR1R2.+.I.3.3.环形载流螺线管的磁场分布环形载流螺线管的磁场分布已知：已知：I、N（总匝数总匝数）、R1、R2分析对称性可知：分析对称性可知：磁力线分布如图磁力线分布如图环路内电流代数和为：环路内电流代数和为：在管内作半径为在管内作半径为 r的回路的回路NIILNIrBl dB024444rNIB20内0外B练习练习:矩形截面的空心环形螺线管，尺寸如图所示，矩形截面的空心环形螺线管，尺寸如图所示，其上均匀绕有其上均匀绕有N N 匝线圈，线圈中通有电流匝线圈，线圈中通有电流I I。Ih2R1R试求：（试求：（1 1）磁场分布；）磁场分布；（2 2）
22、通过螺线管截面的）通过螺线管截面的磁通量。磁通量。120ln2RRhINm45带电粒子在均匀磁场中的运动时受力带电粒子在均匀磁场中的运动时受力:BvqF洛一、带电粒子在均匀磁场中的运动一、带电粒子在均匀磁场中的运动11.6 11.6 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用1.运动方向与磁场方向平行或反平行运动方向与磁场方向平行或反平行带电粒子做匀速直线运动。带电粒子做匀速直线运动。+Bv0洛F46周期：周期：qBmRT22v半径：半径：BqmvR 带电粒子做匀速圆周运动，其周期和频率与带电粒子做匀速圆周运动，其周期和频率与速度无关。速度无关。2.运动方向与磁场方向垂直运动方向与磁场方向垂直v
23、F BR运动方程：运动方程：BqFvRmBq2vv473.3.运动方向沿任意方向运动方向沿任意方向qBmRsinv半径：半径：qBmT2周期：周期：螺距：螺距：cos2/vvqBmTh结论：结论：螺旋运动螺旋运动：匀速直线运动：匀速直线运动/v：匀速圆周运动：匀速圆周运动v4848二、带电粒子在电磁场中的运动二、带电粒子在电磁场中的运动)(BvEqf1.1.速度选择器速度选择器 +-EmFeF+vqEvBq BEv 49 +-P N B2.2.质谱仪质谱仪质谱仪是研究物质同位素的仪器。质谱仪是研究物质同位素的仪器。RN：为粒子源：为粒子源P：为速度选择器：为速度选择器qBmRvBRBEmqBE
24、v50503、回旋加速器回旋加速器 B BB B金属双金属双 D 形盒形盒514.霍尔效应霍尔效应B 1879 1879年，霍尔（年，霍尔（E.H.HallE.H.Hall，185518551936 1936）发）发现，把一载流导体放在磁场中时，如果磁场方向与现，把一载流导体放在磁场中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差。这一现象称为上出现横向电势差。这一现象称为霍耳效应霍耳效应，这电，这电势差称为势差称为霍耳电势差霍耳电势差。+-V1V2II52设：载流导体的宽为设：载流导体的宽为 b b，厚为厚为 d d
25、，通电流通电流 I I，则则-II+-dbBvdIBRVHHnqRH/1RH-霍耳系数霍耳系数如果载流子带正电荷，则如果载流子带正电荷，则霍耳效应的应用：霍耳效应的应用：（1）确定半导体的类型；确定半导体的类型；（2）确定载流子浓度）确定载流子浓度n（3）测磁场）测磁场B 5353 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用一一.安培定律安培定律描写电流元在磁场中受力的规律描写电流元在磁场中受力的规律设：载流子数密度设：载流子数密度 n，电量电量 q电流元截面积电流元截面积 S电流元中的粒子数电流元中的粒子数 nSdlBqF vL作用在电流元上的作用力：作用在电流元上的作用力：LddFlnSFB
26、vlnSq d54vqnSI BlIdFd-安培定律安培定律安培力安培力电流元在磁场中受到的磁力电流元在磁场中受到的磁力方向判断方向判断：右手螺旋定则右手螺旋定则载流导线受到的磁力：载流导线受到的磁力：FdF)(BlIdlIdBFd55 均匀磁场均匀磁场中曲线电流受的安培力，等于从起中曲线电流受的安培力，等于从起点到终点的直线电流所受的安培力。点到终点的直线电流所受的安培力。baFdF)(baBlIdBl dIba)(由于由于 ，LldbaBLIFabI均匀磁场中曲线电流受力均匀磁场中曲线电流受力:LB56例例1：在无限长载流直导线在无限长载流直导线 I I1 旁，平行放置另一长为旁，平行放置
27、另一长为L的载流直导线的载流直导线 I I2,两根导线相距为两根导线相距为 a，求导线，求导线 I I2所受所受到的安培力。到的安培力。La 1I 2I解：解：由于电流由于电流 I2 上各点到电流上各点到电流 I1 距离相同，距离相同，I2 各点处的各点处的 B 相同，相同，F1BI2 受到的安培力方向如图所示，受到的安培力方向如图所示，sin12LBIF其中其中,2101aIB2安培力大小：安培力大小：5757sin12LBIF 2sin2102aILIaLII2210 I2 受到受到 I1 的引力。的引力。同理同理 I1 也受到也受到 I2 的引力。的引力。58解：解：La 1I 2I建立
28、如图坐标系建立如图坐标系oxxFddx1Bsin12dxBIdF其中其中,2101xIB2dFFLaadxBI2sin12aLaIIln2210分割电流元，分割电流元，长为长为 dx,例例2：在无限长载流直导线在无限长载流直导线 I1 旁，垂直放置另一旁，垂直放置另一长为长为 L 的载流直导线的载流直导线 I2,I2 导线左端距导线左端距 I1 为为 a，求，求导线导线 I2 所受到的安培力。所受到的安培力。59例例3：在均匀磁场中，放置一半圆形半径为在均匀磁场中，放置一半圆形半径为 R 通有通有电流为电流为 I 的载流导线，求载流导线所受的安培力。的载流导线，求载流导线所受的安培力。解：解：
29、由均匀磁场中曲线电流受由均匀磁场中曲线电流受力的结论：力的结论：半圆形电流受到的半圆形电流受到的安培力相当于沿直径电流受到安培力相当于沿直径电流受到的安培力的安培力；2sinILBFRIB2RoBIF60二、磁场对载流线圈的作用二、磁场对载流线圈的作用将平面载流线圈放入将平面载流线圈放入均匀磁场均匀磁场B中，中，规定：规定：与电流满足右手定则的线与电流满足右手定则的线圈法线方向为正向。圈法线方向为正向。1l2looabcdIBn bcFdaFda边受到安培力边受到安培力:bc边受到安培力边受到安培力:方向相反方向相反大小相等大小相等作用在一条直线上，相互抵消。作用在一条直线上，相互抵消。61a
30、b边受到安培力边受到安培力:2sin1BIlFabcd边受到安培力边受到安培力:2sin1BIlFcd Fab与与Fcd大小相等方向相反，不在一条直线上，大小相等方向相反，不在一条直线上，不能抵消，为一对力偶，产生力矩。不能抵消，为一对力偶，产生力矩。1l2looabcdIBn abFcdF62作俯视图作俯视图,sin22labFcdF)(ba)(cdI2lnBosin222lFMabsin21BlIl线圈受到的力矩大小为：线圈受到的力矩大小为：sin2221lBIl如果为如果为N匝平面线圈：匝平面线圈：sin21BlNIlM sinNISBBSNI63S 为为闭合电流所包围的面积！闭合电流所
31、包围的面积！nNISm 定义：定义：线圈磁矩线圈磁矩线圈法线方向的单位矢量。线圈法线方向的单位矢量。n 线圈受到的线圈受到的磁力矩磁力矩为：为：BmM力矩方向：右手螺旋定则力矩方向：右手螺旋定则 上式对均匀磁场中任意形状的平面载流线上式对均匀磁场中任意形状的平面载流线圈都适用。圈都适用。64讨论：讨论：（1）=0 时，时，M=0 ，线圈处于稳定平衡状态。线圈处于稳定平衡状态。（2）=90 时，时，M=Mmax=NBIS（3）=180 时，时，M=0 ，线圈处于非稳定平衡状态。线圈处于非稳定平衡状态。BcdFabFcdFabFB6565三、磁力的功三、磁力的功1.载流导线在磁场中运动时载流导线在
32、磁场中运动时磁力所做的功磁力所做的功.IIBFlx xFAxBILmI2.载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功+.MBm ddISBMddAsin)cos(BSdI mIdmmIdIA66例：例：一半径为一半径为 R 的薄圆盘的薄圆盘,放在磁感应强度为放在磁感应强度为 B B 的的均匀磁场中均匀磁场中,B B 的方向与盘面平行的方向与盘面平行,如图所示如图所示,圆盘表圆盘表面的电荷面密度为面的电荷面密度为 s,若圆盘以角速度若圆盘以角速度 绕其轴线绕其轴线转动转动,试求作用在圆盘上的磁力矩。试求作用在圆盘上的磁力矩。解：取半径为解：取半径为 r,宽为宽为dr
33、的圆环：的圆环：BsRdr圆环转动形成电流圆环转动形成电流2dqTdqdIrdrsrdrdqs267BsRdr磁矩：磁矩：方向沿轴线向上方向沿轴线向上,所受磁力矩：所受磁力矩：方向为方向为 dIrdm2drr3s2sindmBdM drBr3sRdrBrdMM03s44RBs686811.511.5 磁介质磁介质一、磁介质的磁化现象一、磁介质的磁化现象凡是能与磁场发生相互作用的物质叫凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质磁介质。磁场中放入磁介质磁场中放入磁介质磁介质发生磁化磁介质发生磁化出现磁化电流出现磁化电流 磁介质内部的总场强磁介质内部的总场强BBB 0产生附加磁场产生附加磁场 B在各向同
34、性均匀介质中：在各向同性均匀介质中：0rBBr称为相对磁导率。称为相对磁导率。69磁介质的分类：磁介质的分类：（1 1）顺磁性介质）顺磁性介质：介质磁化后呈弱磁性。介质磁化后呈弱磁性。附加磁场附加磁场B 与外场与外场B0同向。同向。B B0 ,r 1（2 2）抗磁性介质：）抗磁性介质：介质磁化后呈弱磁性。介质磁化后呈弱磁性。附加磁场附加磁场B 与外场与外场B0反向。反向。B B0 ,r B0 ,r 1（4 4）完全抗磁体：）完全抗磁体：（r r 0 0）：）：B B 0 0，磁介质，磁介质内磁场等于零（如超导体）。内磁场等于零（如超导体）。70二、磁介质中的高斯定理二、磁介质中的高斯定理 磁介
35、质在磁化后，由于外磁场磁介质在磁化后，由于外磁场 和附加磁场和附加磁场 都属于涡旋场。因此，在有磁介质存在时，磁场中都属于涡旋场。因此，在有磁介质存在时，磁场中的高斯定理仍成立。的高斯定理仍成立。0BB0dSB三、磁介质中的安培环路定理三、磁介质中的安培环路定理在介质中：在介质中：)(0IIl dB磁介质的总磁场磁介质的总磁场磁化电流磁化电流传导电流传导电流71设法消去磁化电流设法消去磁化电流LIIlB）(d0定义定义:磁磁场强度场强度rBH 0 LIlB000d对各向同性的磁介质对各向同性的磁介质0BBr LrIlB00d有有0dIlHL 的环路定理的环路定理H真空时无磁化电流：真空时无磁化
36、电流：7272 对各向同性的磁介质对各向同性的磁介质HHBr0磁介质的磁介质的 性能方程性能方程（点点对应）（点点对应）若磁场的分布有对称性，就可以由若磁场的分布有对称性，就可以由 的环路的环路定理、传导电流求出定理、传导电流求出 ，然后再得到磁感应，然后再得到磁感应强度强度 。HHBH H 是一个辅助物理量。是一个辅助物理量。其中：其中：称为磁导率称为磁导率r073例：例：一无限长载流圆柱，通有电流一无限长载流圆柱，通有电流I，设，设 I 均匀分均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为布在整个横截面上。柱体的磁导率为，柱外为真，柱外为真空。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。空。求：柱内外
37、各区域的磁场强度和磁感应强度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL2IIRr2222 RIrH22 RIrB 作圆形回路，如图作圆形回路，如图Rr IrH2则有rIH2/rIB2074 1913 1913年昂纳斯因他在低温物理和超导领域所做的杰年昂纳斯因他在低温物理和超导领域所做的杰出贡献，获诺贝尔物理学奖。出贡献，获诺贝尔物理学奖。1911 1911年，荷兰物理学家年，荷兰物理学家HK HK 昂纳斯及其助手首昂纳斯及其助手首先发现在温度降至液氦的沸点（先发现在温度降至液氦的沸点（4.2K4.2K）以下时，水）以下时，水银的电阻为银的电阻为0 0。在低温下某些物质失去电阻的性质，。在
38、低温下某些物质失去电阻的性质，为超导体。为超导体。超导简介超导简介7575超导体的基本性质：超导体的基本性质：1.1.零电阻率零电阻率 超导体在临界温度以下时，电阻为零，所以它可以超导体在临界温度以下时，电阻为零，所以它可以通过很大的电流，而几乎无热损耗。通过很大的电流，而几乎无热损耗。2.2.迈斯纳效应迈斯纳效应 完全抗磁性完全抗磁性 1933 1933年德国物理学家年德国物理学家W.W.迈斯纳发现，迈斯纳发现，将超导体将超导体放入磁场中，表面产生超导电流，放入磁场中，表面产生超导电流，超导电流产生的磁场与外磁场抵消，使超导体超导电流产生的磁场与外磁场抵消，使超导体内的磁感应强度为内的磁感应强度为 0 0。7676超导体在磁场中由于超导电流产生超导体在磁场中由于超导电流产生的磁场与外磁场的斥力作用，使超的磁场与外磁场的斥力作用，使超导体可悬浮在空中。导体可悬浮在空中。NNmgmgF F超导体的应用超导体的应用:且由于超导体内电阻为且由于超导体内电阻为0 0，超导电流不会产生热量，超超导电流不会产生热量，超导电流也就不会消失，超导导电流也就不会消失，超导体一直会悬浮在磁场中。体一直会悬浮在磁场中。可制造超导磁悬浮列车可制造超导磁悬浮列车可制成超导重力可制成超导重力仪，用来预测地震仪，用来预测地震产生强磁场产生强磁场 无损耗输电无损耗输电磁悬浮列车磁悬浮列车
