04 电流和磁场.ppt

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1、第13章电流和磁场13.1电流和电流密度13.1电流和电流密度电流是导体中带电粒子（自由电子或正负离子，统称“载流子”）的定向流动。规定:正电荷流动的方向为电流的方向。电流强度（电流）：单位时间内通过某一截面的电量称为通过该截面的电流强度，用I表示。某瞬时对细导线用电流强度的概念就够了。对大块导体，为描写导体内每一点的电流情况，还需引入“电流密度矢量”的概念来进一步描写电流的分布。例。电阻法探矿定义：P点处的电流密度dIdSPI例。P点处的电流密度矢量的大小，等于通过该处垂直于载流子运动方向单位面积的电流强度。正载流子定向移动速度的定义的另一表述：dS=

2、1nqP由图可以看出这两个定义是一致的。对于有限大的面积S:即电流强度等于电流密度的通量。13.2欧姆定律13.2欧姆定律和电阻SRUablabI对一段均匀金属导体：……电阻率单位：将欧姆定律用于导体中的一微小段，欧姆定律的微分形式：……电导率（单位:1/m)(西门子）设导体中有电流I流过，某点P处的如图所示。得取微小体积：长为dl，垂直的底面积为ds,两端电压U=-(+d)=-d代入欧姆定律，Idlds+dP1.欧姆定律的微分形式对非均匀导体也成立,对非稳恒电流也成立。……欧姆定律的微分形式2.有许多材料并不服从欧姆定律。（称为非欧材料）

3、（点点对应）注意：例如，半导体材料。它的伏安特性（U~I）非直线。但是非欧材料是很有用的。【解】例.一接地装置，接地电极为一个金属球，其半径为a，已知埋入深度h>>a，大地电导率为，P点处求：接地电阻RaPhI（提示：）由欧姆定律的微分形式当r=10a时，Uar=0.9Ua，即90%电势差降落在r=10a的范围内，故改善接地点附近的接地状态是关键。（注意接地点附近有跨步电压）讨论：13.3磁力与电荷的运动13.3磁力与电荷的运动一般情况下磁力是指磁体与磁体之间、电流与磁体之间或电流与电流之间的相互作用力。下述实验可演示磁力。NSSNINSNSI电流周围具有磁

4、性，一个载流线圈的行为与磁铁的行为一样。电流与电流之间以及电流与磁铁之间的相互作用与磁铁和磁铁之间的相互作用具有相同的性质。安培假说：（1822年）一切磁现象都起源于电流。-+SNNS总结：一切磁现象都可以归结为运动电荷（即电流）之间的相互作用。磁场力是电荷之间的另一种力。电与磁之间存在着内在的联系。磁铁的磁性是由于其中存在着微小的环形分子电流，分子电流相当于一个基元磁铁都要产生磁效应。整个物体的磁效应就是所有分子电流对外界磁效应的总和。磁性物质的本质在于其分子电流的有序排列。13.4磁场与磁感应强度13.4磁场与磁感应强度一.磁感应强度的定义为了说明磁力的作用

5、，也引入场的概念。从洛仑兹力的角度来看某点磁感应强度数值上等于单位电荷以单位速率通过该点所受的最大磁力。(等于900)q从运动电荷受力(洛仑兹力)定义磁场：磁感强度方向:为磁场中小磁针静止时N极指向。二.磁力线磁通量为了形象地描述磁场中磁感应强度的分布，引入磁力线。1.闭合曲线2.与电流相互套连3.方向与电流的方向服从右手螺旋关系磁通量:……也叫磁通密度磁力线的特点:直线电流的磁力线分布I载流螺线管的磁力线分布NS磁铁的磁力线分布穿过某一曲面的磁通量：13.5毕奥—萨伐尔定律13.5毕奥—萨伐尔定律由实验发现一段长为dl通有电流I的电流元产生的磁感应强度：

6、0称为真空磁导率毕—萨定律再考虑方向，上式写成矢量形式为：应用毕—萨定律解题的思路4.求B的分量Bx、By、Bz;5.3.确定电流元的磁场2.建立坐标系;1.分割电流元;例1：如图，一载流直导线,通有电流为I，其长为L，求距其r处的P点的磁感应强度。解：由毕—莎定律dB方向如图所示，大小为：各段电流元产生的磁感强度方向相同，所以有：II讨论2.无限长载流直导线的磁场：3.半无限长载流直导线的磁场：1.一段载流直导线的磁场：R例2：一载流圆环半径为R通有电流为I，求圆环轴线上一点的磁感应强度B。解：建立坐标系，分割电流元对称性分析可知：讨论1.载流圆环环心处2.

7、载流圆弧圆心处例3：计算组合载流导体在o点的磁感应强度。解：o点B由三段载流导体产生。规定向里为正向，13.6匀速运动点电荷的磁场13.6运动点电荷的磁场由于与等效匀速运动点电荷的磁场：说明与等效下面证明电流元与运动电荷是等效的。1有一闭合回路由半径为a和b的两个同心共面半圆连接而成，如图．其上均匀分布线密度为l的电荷，当回路以匀角速度w绕过O点垂直于回路平面的轴转动时，求圆心O点处的磁感强度的大小．B1、B2分别为大半圆和小半圆转动产生的磁感强度，B3为沿直径的带电线段转动产生的磁感强度．2在一无限长的半圆筒形的金属薄片中，沿轴向流有电流，在垂直电流方向单位长

8、度的电流为i=ksin