大学物理《电磁学》PPT课件10042

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1、第十五章稳恒磁场15-1磁场磁感应强度一、磁的基本现象我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之一，早在公元前300百年就发现磁铁吸引铁的现象。在十一世纪我国已制造出指南针（司南）(compass)。《山海经》中有“山中有磁石者，必有赤金。”《水经注》记载，秦始皇的阿房宫有“北阙门”用磁石做成的，以防刺客。1．磁现象的初期认识（1）同号的磁极有相互排斥力，异号的磁极有相互吸引力（磁铁间相互作用力称为磁力）（2）磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说）（3）铁棒可以被磁化人们最早认识磁现象是从天然磁铁开（称天然磁铁为永恒磁铁）。对其基本现象的认识归纳如下：磁铁间的相互作用SNSN二、磁力

2、、磁性的起源在1820年以前，人们对磁现象的研究仅限于磁极（magniticpole）磁极间的相互作用。而把磁与电分割开来，看作彼此无关。奥斯特（HansChristanOersted，1777-1851）丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展。丹麦物理学家奥斯特─一位康德哲学思想的信奉者，就坚信：客观世界的各种力具有统一性。并开始对电与磁的统一性进行研究。科学的真正突破，就在于打破思维定势的束缚，创建新的科学概念。1820年4月某天晚上，奥斯特在讲课的过程中突然来了灵感，就在快要下课时，奥斯特说，让我把导线与磁针平行放置来试试看于是他毫不犹

3、豫地在大庭广众面前接上了电源。他发现：闭合电键的瞬刻，通电导线附近的磁针微微跳动了一下！这个奥斯特日夜盼望的现象对停课的人毫无影响！但奥斯特却激动无比，他立刻中止讲座回到实验室，苦苦进行了三个月的连续实验研究，终于在1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文。这篇仅用4页纸写成的极其简洁的实验报告，向科学界宣布了电流的磁效应，轰动整个欧洲。这一天作为划时代的日子载入史册。《电磁学》就此诞生！奥斯特的发现立即引起法国数学家物理学家安培（A.M.Ampere）的注意安培如果电流激发的磁场能作用于磁性物质，那么它也应能作用于电流！他的想法是：他在短短的几个星期内对电流

4、的磁效应作了系列的研究。发现不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间彼此也有作用。安培提出分子电流(molecularcurrent)的假设。安培演示电流相互作用的装置（复制品）电流与电流之间的相互作用II电流与电流之间的相互作用IIFF+磁场对运动电荷的作用电子束S+磁场对运动电荷的作用N电子束II思想深邃的科学家自问：磁铁究竟是什么？如果磁场是由电荷运动激发的，那么来自一块磁铁的磁场是否也可能是由于电流的的效果呢？我们得把问题引向一个更深的层次安培用通电螺线管很好地模拟了一个磁针：从这个实验看来，一块磁铁，如同一个永恒的环形电流。安培还注意到，地球也如同一个大磁铁，它的南北极指向就

5、如同地球上有自东向西绕行的电流。安培分子环流假说天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。分子电流电荷的运动是一切磁现象的根源。等效环形电流解释磁现象：（1）.天然磁铁的磁性（分子流）（2）.磁化现象（分子磁矩的转向）人们认识到磁性的根源：电荷的运动。现代物理已经充分把握，原子核外的电子绕核高速运动，同时电子还有自旋运动。核外电子的这些运动整体上表现为分子环流，这便是物质磁性的基本起源。不过，安培的分子环流说至今还只能是一个假说。有三个疑点到现在还未查明：①磁单极子（magneticmonopole）所谓磁单极子，就是只有N极或只有S极的最小磁性物质单元。从安培的假说能够解释为什么不

6、存在磁单极子(单独的N极或S极)，这正是分子环流的结果。但是，量子力学的创始人之一狄拉克从相对论性量子理论出发，预言磁单极子是应该存在的，并且由此可以解释电荷的量子化。这种电荷与磁荷的内在联系，从对称性的角度看来是十分诱人的。近年来，许多科学家都在致力于对磁单极子的探索。但是这种探索将是十分困难的，据“大统一”理论，磁单极子应该在宇宙演化的极早期（～10-35s）的超高能状态（～1023eV、～1027K）下产生，随着宇宙的膨胀、温度降低而急剧相变，至今若还有残存的话，也是极为稀少了。美国斯坦福大学的一个研究小组在实验室中安置了一个超导铌线圈，守株待兔似的企图捕捉宇宙射线中可能存在的

7、磁单极子从中穿过。1982年的一天，该小组突然宣布，他们记录到一个事件，经测定与狄拉克预言的磁单极子穿过该线圈将会引起的磁通量的跳变完全吻合，因而找到了一个磁单极子存在的证据！这天正是西方情人节斯坦福大学的这个探测结果只是一个不能重现的孤立事件，在没有其它实验室认同的情况下，是不能作为对磁单极子的认定结论的。正当全世界都在为人们成双成对庆贺的时候，物理学家却为他们找到了孤独的磁单极子而欢呼雀跃！一位专栏作家幽默地评论道：所有磁现象可归结为运动电荷AA的磁场