關於物理磁學方面的一點問題,關於大學物理電磁學的問題

2021-03-04 08:49:54 字數 5731 閱讀 7512

1樓:匿名使用者

如果只考慮自由電流,那麼應該計算h,

然後介質中的b,h的關係是

b=uru0h

在介質中,ur就是題目的ur

在外界,ur=1

就是這樣。

對於外界,磁化電流的作用是抵消的,因為貼近銅導線的表面磁化出了同向的電流,而在外表面磁化出了大小相等的反向電流。

關於大學物理電磁學的問題

2樓:飯糰呆

答案見下圖 字跡潦草 見諒 有問題隨時溝通 謝謝!

大學物理電磁學乙個問題?

3樓:打敗羊的灰太狼

磁場增大,在閉合odca中產生感生電流,根據楞次定律,電流方向沿odca0.

對於渦旋電場,電場線是閉合的,無法定義電勢。電勢是對靜電場才定義的,因為靜電場做功和路徑無關。這裡的u0和ua是由於導線積累的電荷產生的靜電場。

請模擬恆定電流,在恆定電流中,沿著電流方向,電勢是降低的,故uo

請把整個完整題目拍一下,

初三物理磁學知識總結

4樓:最後一次提問

這麼抽象的問題....

看到你的不嫁unlessvae就給你點面子拉.我也是他fan

磁學似乎還是比較死板的.中考分數不是很多.只要把一些基礎的看好就好了.

重要的是功率這些,分數比較多.磁學多看書,書上有的看好就ok了.做體功和力有關的多看些,那個比較重要.

5樓:匿名使用者

磁學基礎

磁是什麼?一般

提起磁,有些人都覺得磁是較為少見的,好象主要就是磁石或磁鐵吸引鐵,如圖1中磁鐵吸引鐵粉,和指南針指示南北方向,如圖2中顯示的古代指南器(司南)模型,可以指示南北方向,而把一般物質稱為無磁性或非磁性。

情況真是這樣嗎?現代科學的發展已經表明這樣的看法是不對的。現代科學研究和實際應用已經充分證實:

任何物質都具有磁性,只是有的物質磁性強,有的物質磁性弱;任何空間都存在磁場,只是有的空間磁場高,有的空間磁場低。所以說包含物質磁性和空間磁場的磁現象是普遍存在的。

常見磁現象

我們的生活每時每刻都和磁性有關。沒有它,我們就無法看電視、聽收音機、打**;沒有它,連夜晚甚至都是一片漆黑。

人類雖然很早就認識到磁現象,但直到了現代,人們對磁現象的認識才逐漸系統化,發明了不計其數的電磁儀器,象**、無線電、發電機、電動機等。如今,磁技術已經滲透到了我們的日常生活和工農業技術的各個方面,我們已經越來越離不開磁性材料的廣泛應用。

由於物質的磁性既看不到,也摸不著,我們無法通過自己的五種感官(聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺)直接體會磁性的存在,但人們還是在實踐中逐步揭開了其神秘面紗。磁鐵總有兩個磁極,乙個是n極,另乙個是s極。一塊磁鐵,如果從中間鋸開,它就變成了兩塊磁鐵,它們各有一對磁極。

不論把磁鐵分割得多麼小,它總是有n極和s極,也就是說n極和s極總是成對出現,無法讓一塊磁鐵只有n極或只有s極。

磁極之間有相互作用,即同性相斥、異性相吸。也就是說,n極和s極靠近時回相互吸引,而n極和n極靠近時回互相排斥。知道了這一點,我們就明白了為什麼指南針會自動指示方向。

原來,地球就是一塊巨大的磁鐵,它的n極在地理的南極附近,而s極在地理的北極附近。這樣,如果把一塊長條形的磁鐵用細線從中間懸掛起來,讓它自由轉動,那麼,磁鐵的n極就會和地球的s極互相吸引,磁鐵的s極和地球的n極互相吸引,使得磁鐵方向轉動,直到磁鐵的n極和s極分別指向地球的s極和n極為止。這時,磁鐵的n極所指示的方向就是地理的北極附近。

磁性與磁場

圖3 磁天平儀

什麼是磁性?簡單說來,磁性是物質放在不均勻的磁場中會受到磁力的作用。在相同的不均勻磁場中,由單位質量的物質所受到的磁力方向和強度,來確定物質磁性的強弱。

因為任何物質都具有磁性,所以任何物質在不均勻磁場中都會受到磁力的作用。圖3是測量物質磁性的磁天平儀。

圖4 磁力線

怎樣表示物質磁性的強弱呢?為什麼吸鐵石並沒有接觸鋼鐵就可以吸引它?在一塊硬紙板的下面放兩塊磁鐵,並且讓它們的s極相對。

紙板上面撒一些細的鐵粉末。看會發生什麼現象?鐵的粉末會自動排列起來,形成一串串曲線的樣子。

其中,n極和s極之間的曲線是連續的,也就是說曲線從n極直至s極。而s極和s極之間的曲線互相排斥,不能融合和貫穿。這種現象說明,磁鐵的磁極之間存在某種聯絡。

因此,我們可以假想,在磁極之間存在著一種曲線,它代表著磁極之間相互作用的強弱。這種假想的曲線稱為磁力線,並規定磁力線從n極出發,最終進入s極。這樣,只要有磁極存在,它就向空間不斷地發出磁力線,而且離磁極近的地方磁力線密,而遠處磁力線稀疏(圖4)。

鐵粉末的排列形狀就是磁力線的走向。

圖5 磁通量

有了磁力線,我們就可以很方便地描述磁鐵之間的相互作用。但是必須明白,磁力線是我們為了理解方便而假想的,實際上並不存在。在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁力線,而是一種場,我們稱之為磁場。

磁性物質的相互吸引等就是通過磁場進行的。我們知道,物質之間存在萬有引力,它是一種引力場。磁場與之類似,是一種佈滿磁極周圍空間的場。

磁場的強弱可以用假想的磁力線數量來表示,磁力線密的地方磁場強,磁力線疏的地方磁場弱(圖5)。單位截面上穿過的磁力線數目稱為磁通量密度。

圖6 特斯拉計

運動的帶電粒子在磁場中會受到一種稱為洛侖茲(lorentz)力作用。由同樣帶電粒子在不同磁場中所受到洛侖磁力的大小來確定磁場強度的高低。圖6是測量脈衝強磁場的磁通密度的特斯拉磁強計,簡稱特斯拉計。

特斯拉是磁通密度的國際單位制單位。磁通密度是描述磁場的基本物理量,而磁場強度是描述磁場的輔助量。特斯拉(tesla,n)(1886~1943)是克羅埃西亞裔美國電機工程師,曾發明變壓器和交流電動機。

物質的磁性不但是普遍存在的,而且是多種多樣的,並因此得到廣泛的研究和應用。近自我們的身體和周邊的物質,遠至各種星體和星際中的物質,微觀世界的原子、原子核和基本粒子,巨集觀世界的各種材料,都具有這樣或那樣的磁性。

世界上的物質究竟有多少種磁性呢?一般說來,物質的磁性可以分為弱磁性和強磁性,再根據磁性的不同特點,弱磁性又分為抗磁性、順磁性和反鐵磁性,強磁性又分為鐵磁性和亞鐵磁性。這些都是巨集觀物質的原子中的電子產生的磁性,原子中的原子核也具有磁性,稱為核磁性。

但是核磁性只有電子磁性的約千分之一或更低,故一般講物質磁性和原子磁性都主要考慮原子中的電子磁性。原子核的磁性很低是由於原子核的質量遠高於電子的質量,而且原子核磁性在一定條件下仍有著重要的應用,例如現在醫學上應用的核磁共振成像(也常稱磁共振ct,ct是計算機化層析成像的英文名詞的縮寫),便是應用氫原子核的磁性。

磁性的**

圖7 原子

物質的磁性來自構成物質的原子,原子的磁性又主要來自原子中的電子。那麼電子的磁性又是怎樣的呢?從科學研究已經知道,原子中電子的磁性有兩個**。

乙個**是電子本身具有自旋,因而能產生自旋磁性,稱為自旋磁矩;另乙個**是原子中電子繞原子核作軌道運動時也能產生軌道磁性,稱為軌道磁性。我們知道,物質是由原子組成的,而原子又是由原子核和位於原子核外的電子組成的。原子核好象太陽,而核外電子就彷彿是圍繞太陽運轉的行星。

另外,電子除了繞著原子核公轉以外,自己還有自轉(叫做自旋),跟地球的情況差不多。乙個原子就象乙個小小的「太陽系」(圖7)。另外,如果乙個原子的核外電子數量多,那麼電子會分層,每一層有不同數量的電子。

第一層為1s,第二層有兩個亞層2s和2p,第三層有三個亞層3s、**和3d,依此類推。如果不分層,這麼多的電子混亂地繞原子核公轉,是不是要撞到一起呢?

圖8 向上與向下

自轉的電子數相等

在原子中,核外電子帶有負電荷,是一種帶電粒子。電子的自轉會使電子本身具有磁性,成為乙個小小的磁鐵,具有n極和s極。也就是說,電子就好象很多小小的磁鐵繞原子核在旋轉。

這種情況實際上類似於電流產生磁場的情況。

既然電子的自轉會使它成為小磁鐵,那麼原子乃至整個物體會不會就自然而然地也成為乙個磁鐵了呢?當然不是。如果是的話,豈不是所有的物質都有磁性了?

為什麼只有少數物質(象鐵、鈷、鎳等)才具有磁性呢?原來,電子的自轉方向總共有上下兩種。在一些數物質中,具有向上自轉和向下自轉的電子數目一樣多,如圖8所示,它們產生的磁極會互相抵消,整個原子,以至於整個物體對外沒有磁性。

而低於大多數自轉方向不同的電子數目不同的情況來說,雖然這些電子所磁矩不能相互抵消,導致整個原子具有一定的總磁矩。但是這些原子磁矩之間沒有相互作用,它

圖9 向上與向下

自轉的電子數不等

們是混亂排列的,所以整個物體沒有強磁性。只有少數物質(例如鐵、鈷、鎳),它們的原子內部電子在不同自轉方向上的數量不一樣,這樣,在自轉相反的電子磁極互相抵消以後,還剩餘一部分電子的磁矩沒有被抵消,如圖9所示。這樣,整個原子具有總的磁矩。

同時,由於一種被稱為「交換作用」的機理,這些原子磁矩之間被整齊地排列起來,整個物體也就有了磁性。當剩餘的電子數量不同時,物體顯示的磁性強弱也不同。例如,鐵的原子中沒有被抵消的電子磁極數最多,原子的總剩餘磁性最強。

而鎳原子中自轉沒有被抵消的電子數量很少,所有它的磁性比較弱。

抗磁性和抗磁共振(迴旋共振)

圖10 半導體單晶鍺(ge)

的迴旋(抗磁)共振譜

物質的抗磁性是一些物質的原子中電子磁矩互相抵消,合磁矩為零。但是當受到外加磁場作用時,電子軌道運動會發生變化,而且在與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩。這樣表示物質磁性的磁化率便成為很小的負數(量)。

磁化率是物質在外加磁場作用下的合磁矩(稱為磁化強度)與磁場強度之比值,符號為κ。一般抗磁(性)物質的磁化率約為負百萬分之一(-10-6)。常見的抗磁物質:

水、金屬銅、碳(c)和大多數有機物和生物組織。抗磁物質的乙個重要特點是磁化率不隨溫度變化。物質抗磁性的應用主要有:

由物質的磁化率研究相關的物質結構是磁化學的乙個重要研究內容;一些物質如半導體中的載(電)流子在一定的恆定(直流)磁場和高頻磁場同時作用下會發生抗磁共振(常稱迴旋共振),由此可測定半導體中載流子(電子和空穴)的符號和有效質量(如圖10所示);由生物抗磁(性)組織的磁化率異常變化可推測該組織的病變(如癌變)。

順磁性和順磁微波量子放大器

物質的順磁性是另一種弱磁性。順磁(性)物質的主要特點是原子或分子中含有沒有完全抵消的電子磁矩,因而具有原子或分子磁矩。但是原子(或分子)磁矩之間並無強的相互作用(一般為交換作用),因此原子磁矩在熱騷動的影響下處於無規(混亂)排列狀態,原子磁矩互相抵消而無合磁矩。

但是當受到外加磁場作用時,這些原來在熱騷動下混亂排列的原子磁矩便同時受到磁場作用使其趨向磁場排列和熱騷動作用使其趨向混亂排列,因此總的效果是在外加磁場方向有一定的磁矩分量。這樣便使磁化率(磁化強度與磁場強度之比)成為正值,但數值也是很小,一般順磁物質的磁化率約為十萬分之一(10-5),並且隨溫度的降低而增大。

圖11 半導體單晶矽(si)

的迴旋(抗磁)共振譜

常見的順磁物質有氧氣、金屬鉑(白金)、一氧化氮、含摻雜原子的半導體、由幅照產生位錯和缺陷的物質等。還有含導電電子的金屬如鋰(li)、鈉(na)等,這些順磁(性)金屬的順磁磁化率卻與溫度無關,這種金屬的特殊順磁性是可以用量子力學解釋的。順磁性雖是一種弱磁性,但也有其重要的應用,例如,從順磁物質的順磁性和順磁共振可以研究其結構,特別是電子組態結構;利用順磁物質的絕熱退磁效應可以獲得約1-10-3k的超低溫度,這是一種產生超低溫度的重要方法;在順磁性和順磁共振基礎上發展起來的順磁微波量子放大器,不但是早期研製和應用的一種超低雜訊的微波放大器,而且也促進了雷射器的研究和發明,圖11是一種順磁微波量子放大器的示意圖;在生命科學方面,如血紅蛋白和肌紅蛋白在未同氧結合時為順磁性,但在同氧結合後便轉變為抗磁性,這兩種弱磁性的相互轉變就反映了生物體內的氧化和還原過程,因而其磁性研究成為這種重要生命現象的一種研究方法;如果目前醫學上有著重要應用的核磁共振成像技術發展到電子順磁共振成像技術,可以預料利用這一技術便可顯示生物體內順磁物質(如血紅蛋白和自由基等)的分布和變化,這會在生命科學和醫學上得到重要的應用。

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