电磁学(梁灿彬)第五章 稳恒电流的磁场.ppt

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1、2010级物理学专业ElectromagnetismTeachingmaterials电磁学讲义CH5稳恒电流的磁场前言(Preface)一、本章的基本内容及研究思路静止电荷的周围存在着电场运动电荷周围，不仅有电场，而且还有磁场。不随时间变化的磁场称为稳恒磁场，有时也称为“静磁场”。稳恒电流激发的磁场就是一种稳恒磁场。运动的电荷（或电流）要产生磁场，磁场又会对其他的运动电荷（或电流）有作用力。本章就是从这两个方面来研究磁场的。各种矢量场在研究方法上有类似之处，稳恒磁场的许多基本规律也与静电场对应，可采用与静电场对比的方法研究稳恒磁场。二、本章的基本要求1.深刻理解磁感应强度B的概念及

2、物理意义；2.毕奥—萨伐尔定律是本章的基本定律，要掌握其内容，并能熟练应用该定律计算磁感应强度B；3.理解稳恒磁场的两条基本定理,熟练应用安培环路定理计算具有对称性分布的磁场；4.正确理解并掌握安培定律和洛仑兹力公式，了解安培力和洛仑兹力的关系。§1基本磁现象概述(summaryofbasicmagneticphenomenon)一、磁的基本现象对磁现象的认识很早最早发现的磁现象：天然磁石吸铁，我国远在春秋战国时期（公元前六、七世纪）的古书中已有记载现在知道,最早发现的天然磁铁矿矿石的化学成分是Fe3O4。近代制造人工磁铁是把铁磁物质放在通有电流的线圈中去磁化，使之变成暂时的或永久的

3、磁铁。根据需要可以制成条形、针形、蹄形等各种形状。一块磁体上磁性特别强的区域，叫做磁极。任何磁体都有两极：南极（S）和北极（N）事实表明磁体不存在独立的N极或S极，但是有独立存在的正电荷或负电荷，这是磁极与电荷的基本区别。近代理论认为可能有独立磁极存在,这种具有磁南极或磁北极的粒子，叫做磁单极子，但至今尚未观察到这种粒子实验表明：同名磁极互相排斥；异名磁极互相吸引。在历史上很长一段时期里，磁学和电学的研究一直彼此独立地发展着，人们曾认为磁与电是两类截然分开的现象。直至十九世纪初，一系列重要的发现才打破了这个界限，使人们开始认识到电与磁之间有着不可分割的联系。下面介绍几个这方面的实验：

4、1.奥斯特实验：导线沿南北方向放置，下面有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地磁场的作用下沿南北取向.当导线中通有电流时,磁针就会发生偏转。上述实验表明，电流可以对磁铁施加作用力。2.磁铁对电流（通电导线）也有作用力（水平直导线悬挂在马蹄形磁铁两极间，通电后，导线就会运动）。3.安培实验：通电导线之间有相互作用力，即电流和电流之间也有相互作用力。4.磁铁对运动电荷有作用力。电子流从电子射线管的阴极发射,形成一条电子射线，在旁边放置一块磁铁，就可以看到电子射线的路径发生偏转。大量实验证明，电现象和磁现象存在相互联系。我们知道，电的作用是“近距”的，磁极或电流之

5、间的相互作用也是这样的，不过它通过另外一种场—磁场来传递的。用磁场的观点，可以把上述关于磁铁和磁铁，磁铁和电流，以及电流和电流之间相互作用的各个实验统一起来,概括成这样一个图示：磁场磁铁磁铁电流电流二、物质磁性的起源—安培分子电流假说由于磁极与电荷之间有某些类似之处，最初曾认为磁极是“磁荷”集中的所在（称N极有“正磁荷”，S即由“负磁荷”），并认为磁性起源于“磁荷”，磁铁之间的相互作用起源于“磁荷”之间的相互作用，通过一系列实验，才逐步认识到“磁荷是不存在的”。截流螺线管的行为很象一块磁铁，启发物理学家们提出这样的问题：磁铁和电流是否本源上是一致的？法国科学家安培提出磁性起源的假说—

6、安培分子电流假说：组成磁铁的最小单元（磁分子）就是环形电流。安培认为，任何物质的分子都存在环形电流，称为分子电流，分子电流产生的磁场在轴线上的方向可以用右手定则来判断，每一个分子电流相当于一个小磁体。当物质中的分子电流排列得毫无规则时，他们的磁场互相抵消，整个物体不显磁性，但是，在一定条件下，这些分子电流比较有规则的定向排列起来，他们的磁场互相加强，整个物体就会显示出磁性。安培的分子电流的想法基本上是正确的，近代物理学证实,分子电流是由原子中的各个电子自旋和电子的轨道运动合成的结果。这样，上面的图示可简化为：电流磁场电流注意：无论电荷静止还是运动，它们之间都存在着库仑相互作用，但是只

7、有运动着的电荷之间才存在着磁相互作用。§2磁感应强度磁感应线(magneticinduction&magneticinductionline)一、磁感应强度任何运动电荷或电流，在周围空间产生磁场，磁场对外的重要表现是：（1）磁场对引入磁场中的其他运动电荷或载流导体有磁力的作用；（2）载流导体在磁场内移动时，磁场的作用力将对载流导体作功。这些表现说明了磁场的物质性。磁场的描述是用磁感应强度（由于历史的原因不叫磁场强度）这一物理量。它的定义方法有三种：（1）由