稳恒磁场（2014）课件.ppt

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1、第11章恒定电流的磁场地球磁场恒定磁场知识结构磁感应强度磁场描述相互作用能量真空中的电流基本规律高斯定理环流定理恒定磁场的性质磁通量磁介质§11.1磁场力和磁感应强度一.基本磁现象1.自然磁现象同极相斥,异极相吸天然磁石SNSN2.电流的磁效应1819－1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现电流的磁效应磁性：具有能吸引铁磁物质(Fe、Co、Ni）的一种特性磁体：具有磁性的物体地磁：地球是一个大磁体。磁极：磁性集中的区域磁极不能分离，（正负电荷可以分离开）ISN3、磁现象起源于运动电荷I后来人们还发现磁电联系的例子有：磁体对载流导线的作用；通电螺线管与条形磁铁相似；载流导线彼此间有磁相互

2、作用；……1819－1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应。1820年4月，奥斯特做了一个实验，通电流的导线对磁针有作用，使磁针在电流周围偏转。上述现象都深刻地说明了：磁现象与运动电荷之间有着深刻的联系。安培的分子电流假说近代分子电流的概念：轨道圆电流＋自旋圆电流＝分子电流1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起源。一切磁现象的根源是电流.任何物质的分子中都存在有圆形电流，称为分子电流.分子电流相当于一个基元磁铁.NS二.磁感应强度1.磁场1）磁力的传递者是磁场电流(或磁铁)磁场电流(或磁铁)2）磁场对外的重要表现磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用载流导体在

3、磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体作功，表明磁场具有能量磁场与电场一样，是客观存在的特殊形态的物质。在闭合回路中取电流元电流元在磁场中的受力特点:(1)电流元在磁场中的方向不同,受力也不同;存在一个方向使定义(2)当电流元的取向与磁感应强度的方向垂直时,受到的磁场力最大;磁感应强度的大小定义该方向为磁感应强度的方向2.磁感应强度满足（3）磁场力的方向与电流元和磁感应强度——安培力公式右手螺旋关系利用运动电荷在磁场中受力情况来定义磁感应强度(1)磁感应强度的方向运动电荷在磁场中运动时，存在一个方向使定义(2)磁感应强度的的大小磁感应强度的大小定义该方向为磁感应强度的方向当运动电荷电量

4、、速度一定时，运动电荷的运动方向与磁感应强度的方向垂直时，受到的磁场力最大磁感应强度的单位：T（1T=10000Gs）的关系（3）磁场力与磁感应强度——洛仑兹力公式§11.2毕奥－萨伐尔定律一.毕奥－萨伐尔定律静电场:取磁场：取???1820年，法国人毕奥（1774－1862）和萨伐尔（1791－1841）发现了关于电流元在周围空间一点上所产生的磁场强度的大小和方向的矢量表达式，即毕奥－萨伐尔定律。单位矢量真空中的磁导率大小：方向：右螺旋法则P任一电流元Idl在点P所产生的磁感应强度dB的大小与电流元的大小成正比，与电流元到P点的矢径r间的夹角的正弦成正比，而与电流元到P点的距离r的

5、平方成反比.例如：P一段载流导线在场点P处产生的磁场PAB闭合载流导线在场点P处产生的磁场P1.载流直导线的磁场解求距离载流直导线为a处一点P的磁感应强度IaP各电流元产生的磁感应强度的方向相同求磁感应强度的方法二.毕－萨定律的应用根据几何关系IaPl由电流元方向确定1、2方向(1)无限长直导线方向：右螺旋法则(2)任意形状直导线PaI12讨论IP2.载流圆线圈的磁场求轴线上一点P的磁感应强度根据对称性方向满足右手定则RxOPxI(1)载流圆线圈的圆心处(2)一段圆弧在圆心处产生的磁场I如果由N匝圆线圈组成讨论(3)定义：磁矩ISN匝线圈的磁矩右图中，求O点的磁感应强度解I123

6、RO例求绕轴旋转的均匀带电圆盘轴线上的磁场和圆盘的磁矩解xORqPr例dI为每秒从该横断面流过的电量圆盘圆心处方向沿x轴正向xORqPr３载流螺线管轴线上的磁场已知螺线管半径为R单位长度上有n匝dl上的电流dl在P点产生的磁场几何关系RPldl(1)无限长载流螺线管讨论(2)半无限长载流螺线管端口处螺线管在P点产生的磁场PRl注意：数值的正确确定三.运动电荷的磁场电流时大量带电粒子的定向移动，运动电荷会产生磁场，因此电流产生的磁场，就是带点粒子在定向运动过程中产生磁场的叠加。下面讨论电荷作定向运动时产生的磁场＋ＩＩ＋＋＋＋＋＋＋＋若载流子的数密度为n，电量为q，运动速度为u，则dt时

7、间内通过s截面的电量为电流元Idl中载流子(运动电荷)有dN个因此，单个电荷产生的磁场为Oab如图的导线，已知电荷线密度为，当绕O点以转动时解1234线段1：O点的磁感应强度例求线段2：同理线段3：线段4：同理Oab1234r§11.3磁场的高斯定理静电场：磁场：静电场是有源场一.磁场线（磁感应线）1.大小及方向规定(1)方向：磁场线切线方向为磁感应强度的单位面积上穿过的磁场线条数为磁感的方向(2)大小：垂直应强度的大小2.磁场线的特征(1)无头无