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本课件讨论带电粒子在磁场中的圆周与螺旋运动、霍耳效应的成因，给出安培力公式与载流线圈所受磁力矩，分析磁力的功，随后介绍磁介质的磁化、磁化强度、磁场强度与铁磁质的磁化规律和磁畴理论。
磁场对运动电荷的作用
8-5-1带电粒子在磁场中的运动说明：(1)洛仑兹力F的方向垂直于v和B所确定的平面。
(2)洛仑兹力F不能改变带电粒子速度v的大小，只能改变其运动方向。
运动方程
vF××××××××××××××××××××××××××××××+BR周期：半径：结论：运动方程：带电粒子作匀速圆周运动，其周期和频率与速度无关。
运动方向沿任意方向半径
霍耳效应
B1879年，霍尔（E.H.Hall，1855－1936）发现，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上出现横向电势差。
这一现象称为霍耳效应，这电势差称为霍耳电势差。
+ + + + + + + + + + + + + + +-------------------V1V2II原因:运动电荷在磁场中受洛伦兹力
磁场对运动电荷的作用（续1）
xyzVH----------II+ + + + + + + + + + +dbB-vFeFm动态平衡时：RH称为霍耳系数令：如果载流子带正电荷，则•霍尔电压与电流强度I、磁场B成正比，与d成反比。
磁场对载流导线的作用
8-4-1载流导线在磁场中受的力设：载流子数密度n电流元截面积S电流元中的载流子数nSdl载流子电量q作用在电流元上的作用力：安培定律：安培力：磁场对电流的作用力安培力的基本计算公式：安培力是洛仑兹力的宏观表现，洛仑兹力是安培力的微观本质
例1：计算长为L的载流直导线在均匀
例1：计算长为L的载流直导线在均匀磁场B中所受的力。
由于，abI例2.均匀磁场中曲线电流受力
例3：在无限长载流直导线I1旁
例3：在无限长载流直导线I1旁，垂直放置另一长为L的载流直导线I2,I2导线左端距I1为a，求导线I2所受到的安培力。
解：建立坐标系,坐标原点选在I1上，电流元受安培力大小为：其中分割电流元，长度为dx,
的相互作用力单位长度受力
载流线圈在磁场中所受的磁力矩
bl1acdBθF1F2FadFbc结论：平面载流线圈在均匀磁场中所受的安培力的矢量和为零。
l2
对线圈作用的磁力偶矩大小
作俯视图,线圈受到的力矩大小为：磁场：N匝线圈：线圈磁矩：线圈所受磁力偶矩：注意：上式对均匀磁场中任意形状的平面载流线圈都适用
平衡态
θ=0时，线圈处于稳定。
这时如果外界的扰动使线圈稍有偏离，磁场的力矩会使它回到平衡位置。
这时如果外界的扰动使线圈稍有偏离，磁场的力矩会使它继续偏转。
线圈受力矩为0。
磁介质
8-6-1物质的磁性当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生一种所谓的“磁化”现象，介质中出现附加磁场。
我们把这种在磁场作用下磁性发生变化的介质称为“磁介质”。
设：外场的磁感应强度为B0；介质磁化后的附加磁场为B´磁介质中的磁感应强度：相对磁导率：令：μ=μ0μr称为磁导率真空螺线管的磁场：介质螺线管的磁场
四类磁介质
附加磁场B与外场B0同向。
B>B0,μr> 1（2）抗磁性介质：介质磁化后呈弱磁性。
附加磁场B与外场B0反向。
B<B0,μr< 1（3）铁磁性介质：介质磁化后呈强磁性。
附加磁场B与外场B0同向。
B>>B0,μr>> 1（4）完全抗磁体：（μr＝0）：B＝0，磁介质内的磁场等于零（如超导体）
磁介质（续1）
分子磁矩顺磁质和抗磁质的磁化近代科学实践证明，组成分子或原子中的电子，不仅存在绕原子核的轨道运动，还存在自旋运动。
这两种运动都能产生磁效应。
把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为“分子电流”。
分子电流的磁矩称为“分子磁矩”表示为。
+--+各电子磁矩+-分子磁矩
顺磁质特点
存在分子固有磁矩。
抗磁质特点
分子固有磁矩等于零，因此不存在顺磁效应。
磁介质（续2）
由于分子中每一个运动电子都要产生与外磁场反向的附加磁矩，分子中各电子附加磁矩的矢量和即为分子的附加磁矩。
磁介质中大量分子的附加磁矩在宏观上对外显示出磁效应。
这一磁效应与外磁场方向相反，我们把它称为“抗磁效应”
磁化强度与磁化电流
当磁化强度矢量为恒矢量时，磁介质被均匀磁化。
注意
例：磁化电流以长直螺线管为例：介
磁化面电流密度
介质表面单位长度上的磁化电流磁化强度矢量：Isl结论：磁化强度在数值上等于磁化电流面密度，它们之间的关系由右手螺旋法则确定
磁化强度
磁介质（续3）
磁介质中的磁场磁场强度磁介质在磁化后，由于外磁场和附加磁场都属于涡旋场。
因此，在有磁介质存在时，磁场中的高斯定理仍成立。
在磁介质时的安培环路定理
存：实验指出：各向同性的均匀磁介质中系数χm称为“磁化率”结论：磁场强度沿任一闭合回路的环路积分，等于闭合回路所包围并穿过的传导电流的代数和（在形式上与磁介质中的磁化电流无关）。
令：称为磁介质的“相对磁导率”令：称为磁导率
磁介质（续4）
例1：一半径为R1的无限长圆柱形直
Ioμrμr例1.一半径为R1的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为R2，相对磁导率为μr的圆筒形磁介质。
通过导线的电流为I0。
求磁介质内外磁场强度和磁感应强度的分布。
解：R2R1方向：均与电流成右手螺旋关系
例2：长直螺线管半径为R，通有电
例2：长直螺线管半径为R，通有电流I，线圈密度为n,管内插有半径为r ,相对磁导率为μr磁介质，求介质内和管内真空部分的磁感应强度B。
解：由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀一致，管外的场为0； rabcd1.介质内部作abcda矩形回路。
磁介质（续5）
因为cd段处在真空中，真空中的M= 0；B= 0，有 abcd 2.管内真空中作环路abcda;在环路上应用介质中的安培环路定理，同理有：真空中abcd
铁磁质铁磁质是一种强磁质
磁化后的附加磁感应强度远大于外磁场的磁感应强度，因此用途广泛。
铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质
磁介质（续6）
实验测量B ,如用感应电动势测量或用小线圈在缝口处测量；原理:励磁电流I;用安培定理得H。
当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线如图所示；1.磁滞回线
磁介质（续7）
起始磁化曲线为oc,BHoc当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化，HcBrHc当外磁场为0时，介质中的磁场并不为0，有一剩磁Br;矫顽力——加反向磁场Hc，使介质内部的磁场为0，继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。
磁化曲线形成一条磁滞回线。
结论铁磁质的不是一个常数，它是的函数。
B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应。
——磁滞现象
铁磁质的特点
而且与外场同方向。
铁磁质的分类
磁滞损耗小，容易磁化，容易退磁，适用于交变磁场。
如制造电机，变压器等的铁芯。
适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件
铁磁质
磁畴内部相邻原子的磁矩会在一个微小的区域内形成方向一致、排列非常整齐的“自发磁化区”，称为磁畴。
自发磁化方向逐渐转向外磁场方向（磁畴转向），直到所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列时，铁磁质就达到磁饱和状态。
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