认识磁场.ppt

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1、认识磁场磁场磁场磁铁磁铁磁铁磁铁自然界的各种基本力可以互自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用？的方式对磁体有作用？17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！1731年年 英国商人英国商人 雷电后，刀叉雷电后，刀叉带磁性带磁性！1751年年富兰克林富兰克林莱顿瓶放电莱顿瓶放电后，缝衣针后，缝衣针磁化了磁化了！18121812年年 奥斯忒奥斯忒一、磁力与磁现象一、磁力与磁现象磁体磁体磁体磁体电流电流电流电流磁体磁体电流电流磁磁 场场 4、磁场的来源磁场的来源：磁体、电流：磁体、电流 1820年年4月月哥

2、本哈根大学哥本哈根大学电与磁电与磁奥奥斯斯忒忒接通电源时，放在边上的磁针轻轻接通电源时，放在边上的磁针轻轻抖动了一下抖动了一下II rB1820年年7月月21日，以拉丁文日，以拉丁文报导了报导了60次实验的结果。次实验的结果。静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷之间静止电荷之间的作用力的作用力 电力电力运动电荷之间运动电荷之间的作用力的作用力 电力电力+磁力磁力 运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷说明说明1 1、磁场由运动电荷、磁场由运动电荷(或电流或电流)产生产生;3 3、磁场有能量、磁场有能量、电场电场 磁场传递磁场传递磁相互作用磁相互作用2 2、磁场对运动电荷、磁场对运动电荷(或电流或

3、电流)有力的作用有力的作用;5、磁场的方向：物理学规定：磁场中任意一点，小磁针N极的指向，该点磁场方向。ABCNS条形磁铁条形磁铁 请同学们比较这两种磁场的磁请同学们比较这两种磁场的磁感线，能看出什么现象？感线，能看出什么现象？通电螺线管外部的磁力线与条通电螺线管外部的磁力线与条形磁铁外部的磁力线相似。形磁铁外部的磁力线相似。（右手螺旋定则）（右手螺旋定则）直线电流直线电流 练习：画出直线电流的磁场的立体、顶视、练习：画出直线电流的磁场的立体、顶视、底视、正视图。底视、正视图。l安培定则安培定则：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向

4、就是环形导线中伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁力线的方向。心轴线上磁力线的方向。等效等效任何物质的分子中都存在环形电任何物质的分子中都存在环形电流流分子电流，分子电流使每个分子分子电流，分子电流使每个分子都成为一个微小的磁体。都成为一个微小的磁体。分子电流实际分子电流实际上是由上是由核外电子绕核运动核外电子绕核运动形成的形成的未被磁化的铁棒未被磁化的铁棒磁化后的铁棒磁化后的铁棒磁场的来源：电流磁场的来源：电流磁场中的物理量一、磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和方向的物理量。它是矢量。磁场对电流(或运动电荷)有作用，而电流(或运动电荷)也将

5、产生磁场。电流(或运动电荷)电流(或运动电荷)磁场xyzo0F磁感强度磁感强度 的定义的定义B+v带电粒子在磁场中运带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有动所受的力与运动方向有关。关。实验发现，带电粒子实验发现，带电粒子在磁场中沿某一特定直线在磁场中沿某一特定直线方向运动时不受力，此直方向运动时不受力，此直线方向与电荷无关。线方向与电荷无关。+vvv带电粒子在磁场中沿带电粒子在磁场中沿其它方向运动时其它方向运动时 垂直垂直于于 与特定直线所组成与特定直线所组成的平面。的平面。Fv当带电粒子在磁场中当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时垂直于此特定直线运动时受力最大。受力最大。FFFmaxv

6、qFmax大小与大小与 无关无关v,qvqFmax 磁感强度磁感强度 的定义：的定义：当当正电荷垂直于特定直线运动正电荷垂直于特定直线运动时，受力时，受力 将将 方方向定义为该点的向定义为该点的 的方向。的方向。BmaxFvmaxFB单位：单位：特斯拉特斯拉mN/A1)T(1+qvBmaxFvqFBmax磁感强度大小磁感强度大小运动电荷在磁场中受力运动电荷在磁场中受力BqF v 磁感强度磁感强度 的定义：的定义：当当正正电荷垂直于特定直线运动电荷垂直于特定直线运动时，受力时，受力 将将 方方向定义为该点的向定义为该点的 的方向。的方向。BmaxFvmaxFBSNISNIBSSNB磁场中某点处垂

7、直磁场中某点处垂直 矢矢量的单位面积上通过的磁力量的单位面积上通过的磁力线数目等于该点线数目等于该点 的数值。的数值。BBvB洛仑兹力洛仑兹力meFFFBvqFm运动电荷在电磁场中受力运动电荷在电磁场中受力BvqEq磁感应磁感应强度强度qmFvq 沿此直线运沿此直线运动时动时0mF sinqvBFm sinqvFBm 设计实验确定空间设计实验确定空间一点的磁感应强度一点的磁感应强度单位单位 T 或或 Gs 1Gs=10 4 TB磁场服从磁场服从叠加原理叠加原理iiBBmF BSSBm 磁通量磁通量：通过某一曲：通过某一曲面的磁感线数为通过此曲面的磁感线数为通过此曲面的磁通量。面的磁通量。BSB

8、Sm cosSBSBm cosddSBm smSBd单位：单位：2m1T1Wb1SBmdd BsSdBsBsBn三、磁场强度三、磁场强度 H 磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁磁场强度是计算磁场所用的物理量，其大小为磁感应强度和导磁率之比。感应强度和导磁率之比。BH单位：单位：B：特斯拉：特斯拉：亨：亨/米米H：安：安/米米四、磁导率四、磁导率 磁导率是表示磁场空间 媒质媒质 磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。前面已导出环形线圈的磁场强度 H，可得磁感应强度 B 为xxxlINHB 磁导率的单位米亨米秒欧米安秒伏米安米韦的单位的单位的单位/2HB 真空磁导率0：实验测得，真空的磁

9、导率mH/10470 相对磁导率：某种物质的磁导率与真空磁导率0的比值称为相对磁导率，用r表示。上式说明，在同样电流的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关，若媒质的磁导率为，则磁感应强度 B 将是真空中磁感应强度的r倍。000BBHHr 自然界的所有物质可根据磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料两大类。非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1；磁性材料的相对磁导率则很大。磁材料的性能磁性材料的磁性能 磁性材料主要是指由过度元素铁、钴、镍极其合金等材料。它们主要的磁性能如下。一、高磁导率磁性材料的磁导率很大，r1，可达102105量级。分子电流和磁畴理论分子电流和磁畴理

10、论：分子中电子的绕核运动和自转将形成分子电流，分子电流将产生磁场，每个分子都相当于一个小磁铁。由于磁性物质分子的相互作用，使分子电流在局部形成有序排列而显示出磁性，这些小区域称为磁畴。高磁导率的成因高磁导率的成因 磁性物质没有外场时，各磁畴是混乱排列的，磁场互相抵消；当在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁感应强度大大增加物质被强烈的磁化了。磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁铁、变压器等设备中线圈中都含有的铁心。就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通。非磁性材料没有磁畴的结构

11、，所以不具有磁化特性。磁性物质的磁化示意图(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。二、磁饱和性 磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。HBB0BBJO磁化曲线HB，OB与H的关系B0 是真空情况下的磁感应强度；BJ 是磁化产生的磁感应强度；B 是介质中的总磁感应强度。磁性物质的不是常数，与H也不存在正比关系。三、磁滞性 在铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。但当H减少为零时，B 并未回到零值，出现剩磁Br。BHO12345磁感应强度滞后于

12、磁场强度变化的性质称为磁滞性磁滞性。如图为磁性物质的滞回曲线滞回曲线。要使剩磁消失，通常需进行反向磁化。将 B=0时的 H 值称为 Hc，（见图中3和6所对应的点。）6 磁性材料的磁性能：磁性材料的磁性能：1.非线性非线性大大小小BH)(I)2.磁饱和性磁饱和性HBBH 3.磁滞性磁滞性 根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料根据磁性能，磁性材料又可分为三种：软磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等）、永磁材料（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回（磁滞回线宽。常用做永久磁铁）、矩磁材料（滞回 线接近矩形。可用做记忆元件）。线接近矩形。可用做记忆元件）。磁性物质的分类 根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：(1)软磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)(2)永磁材料其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)(3)矩磁材料其剩磁大而矫顽磁力小，磁滞回线为矩形。(记忆元件)HBHBHB常用磁性材料的最大相对磁导率、剩磁及矫顽磁力材料名称材料名称Max)(tBr)/(mAHc