磁场的高斯定理课件.ppt

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1、第8章稳恒磁场§1基本磁现象§2磁场磁感强度§3磁场的高斯定理§4毕－萨－拉定律§5安培环路定理及应用1小故事：1820年奥斯特磁针的一跳说明电流具有磁效应法国物理学家迅速行动代表人物：阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间说明科学家的锲而不舍的精神§1基本磁现象2在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光3磁流体船B电流BF海水进水出水发动机接发电机IF电极4电磁轨道炮在1ms内，弹块速度可达10km/

2、s~106g，~106A5§2磁场磁感强度一、磁场二、磁感强度6一、磁场电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：1）对运动电荷(或电流)有力的作用2）磁场有能量二、磁感强度运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式§3磁场的高斯定理一、磁力线磁通量二、磁通连续原理8无头无尾闭合曲线§3磁场的高斯定理一、磁力线磁通量1.磁力线的特征与电流套连与电流成右手螺旋关系9直线电流的磁感应线IBI10I圆电流的磁感应线11通电螺线管的磁感应线II12各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线圆形电流的磁感线13直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线1

3、42.磁通量单位：韦伯(Wb)无头无尾闭合曲线1.磁力线的特征与电流套连与电流成右手螺旋关系15二、磁通连续原理（磁场的高斯定理）微分形式磁场是不发散的（磁场是无源场）S162）关于磁单极：将电场和磁场对比：qm－磁荷讨论1）磁场的基本性质方程由电场的高斯定理可把磁场的高斯定理写成与电场类似的形式q0－自由电荷见过单独的磁荷吗？171931年Dirac预言了磁单极子的存在量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：预言：磁单极子质量：这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生人们寄希望于在宇宙射线中寻找只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。18惟一的一次从

4、宇宙射线中捕捉到磁单极子的实验记录：斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。基本装置:qm电感LI超导线圈有磁单极子穿过时，感应电流I1982.2.14,13:53t19qm电感LI超导线圈I1982.2.14,13:53t以后再未观察到此现象。实验中:4匝直径5cm的铌线圈连续等待151天1982.2.14自动记录仪记录到了预期电流的跃变结论：目前不能在实验中确认磁单极子存在20§4毕奥－萨伐尔－拉普拉斯定律要解决的问题是：已知任一电流分布其磁感强度的计算方法：将电流分割成许多电流元毕－萨－拉定律：每

5、个电流元在场点的磁感强度为：21真空中的磁导率H/m大小：方向：如图所示既垂直电流元又垂直矢径22叠加原理:POPI电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系是圆心在电流元轴线上的一系列同心圆23例1求圆电流中心的磁感强度N---分数和整数原因：各电流元在中心产生的磁场方向相同24例2圆电流轴线上任一点的磁场IxyzoRP.x圆电流的电流强度为I半径为R建如图所示的坐标系设圆电流在yz平面内场点P坐标为x25IxyzoRP.x解：第一步：在圆电流上任取一电流元由毕－萨定律知其在场点P产生的磁感强度组成的平面2

6、6相互垂直所以IxyzoRP.x组成的平面在组成的平面内且垂直由此可知第二步：分析各量关系明确的方向和大小27IxyzoRP.x组成的平面第三步：根据坐标写分量式28第四步：考虑所有电流元在P点的贡献IxyzoRP.x组成的平面由对称性可知每一对对称的电流元在P点的磁场垂直分量相互抵消所以29IxyzoRP.x组成的平面结论：在P点的磁感强度方向：沿轴向与电流成右手螺旋关系30讨论1）圆电流中心的场2）若x>>R即场点离圆电流很远313)平面载流线圈的磁矩磁偶极子定义平面载流线圈的磁矩如果场点距平面线圈的距离很远，这样的平面载流线圈称为磁偶极子磁

7、偶极矩平面载流线圈mpI磁偶极子的场用磁偶极矩表示32IP.若考虑方向，则可写成结论：磁偶极子的场沿磁矩方向33电场时:电偶极子磁场时:磁偶极子电偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同-+4）电磁学中物质分子的模型34例3直电流磁场的特点1)场点在直电流延长线上2)长直载流导线中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线必然结果35§5安培环路定理及应用一、定理表述二、安培环路定理在解场方面的应用三、应用基本定理分析磁场举例36§5安培环路定理及应用一、定理表述在磁感强度

8、为的恒定磁场中磁感强度沿任一闭合环路的线积分等于穿过该环路的所有电流的代数和的0倍表达式为：讨论1）安培环路定理是稳恒电流磁场的性质方