稳恒磁场.ppt
10.2.1基本磁现象,电流的磁效应,天然磁石,10.2 电磁相互作用,安培指出：,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。,10.2.2 磁场 磁感应强度,电流（或磁铁）,磁场,电流（或磁铁）,方向:小磁针在该点的N极指向,单位:T(特斯拉),(高斯),大小:,磁感应强度,10.3 毕奥-沙伐尔定律,1、毕奥-沙伐尔定律,电流元,对一段载流导线,方向判断：的方向垂直于电流元 与 组成的平面，和 及 三矢量满足矢量叉乘关系。右手定则,毕奥-萨伐尔定律,2、运动电荷的磁场,电流,电荷定向运动,电流元,载流子总数,其中,运动电荷产生的磁场,10.3.2毕奥-沙伐尔定律的应用,1.载流直导线的磁场,已知：真空中I、1、2、,建立坐标系OXY,任取电流元,大小,方向,统一积分变量,无限长载流直导线,半无限长载流直导线,直导线延长线上,2.圆型电流轴线上的磁场,已知:R、I，求轴线上P点的磁感应强度。,建立坐标系OXY,任取电流元,分析对称性、写出分量式,大小,方向,结论,载流圆环,载流圆弧,圆心角,圆心角,练习,例、均匀带电圆环,求圆心处的,解：,带电体转动，形成运动电流。,例、均匀带电圆盘,解：,如图取半径为r,宽为dr的环带。,元电流,其中,1.磁场线(磁感应线或,线),方向：切线,大小：,10.4 磁通量 磁场中的高斯定理,直线电流的磁场线,圆电流的磁场线,通电螺线管的磁场线,1、每一条磁场线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁场线是无头无尾的闭合回线。,2、任意两条磁场线在空间不相交。,3、磁场线的环绕方向与电流方向之间可以分别用右手定则表示。,2磁通量穿过磁场中任一曲面的磁场线的条数,磁场中的高斯定理,穿过任意闭合曲面的磁通量为零,磁场是无源场。,一、安培环路定理,静电场,1、圆形积分回路,10.5 磁场的安培环路定理,改变电流方向,磁 场,2、任意积分回路,3、回路不环绕电流,安培环路定理,说明：电流取正时与环路成右旋关系,如图,在真空中的稳恒电流磁场中，磁感应强度 沿任意闭合曲线的线积分（也称 的环流），等于穿过该闭合曲线的所有电流强度（即穿过以闭合曲线为边界的任意曲面的电流强度）的代数和的 倍。即：,环路所包围的电流,不变,不变,改变,磁场没有保守性，它是非保守场，或无势场,电场有保守性，它是保守场，或有势场,电场线起于正电荷、止于负电荷。静电场是有源场,磁场线闭合、无自由磁荷磁场是无源场,二、安培环路定理的应用,当场源分布具有高度对称性时，利用安培环路定理计算磁感应强度,1.无限长载流圆柱导体的磁场分布,分析对称性,电流分布轴对称,磁场分布轴对称,已知：I、R电流沿轴向，在截面上均匀分布,的方向判断如下：,作积分环路并计算环流,如图,利用安培环路定理求,作积分环路并计算环流,如图,利用安培环路定理求,结论：无限长载流圆柱导体。已知：I、R,讨论：长直载流圆柱面。已知：I、R,练习：同轴的两筒状导线通有等值反向的电流I,求 的分布。,电场、磁场中典型结论的比较,已知：I、n(单位长度导线匝数),分析对称性,管内磁力线平行于管轴,管外靠近管壁处磁场为零,2.长直载流螺线管的磁场分布,计算环流,利用安培环路定理求,已知：I、N、R1、R2 N导线总匝数,分析对称性,磁力线分布如图,作积分回路如图,方向,3.环形载流螺线管的磁场分布,计算环流,利用安培环路定理求,已知：导线中电流强度 I 单位长度导线匝数n,分析对称性,磁力线如图,作积分回路如图,ab、cd与导体板等距,4.无限大载流导体薄板的磁场分布,计算环流,板上下两侧为均匀磁场,利用安培环路定理求,讨论：如图，两块无限大载流导体薄板平行放置。通有相反方向的电流。求磁场分布。,已知：导线中电流强度 I、单位长度导线匝数n,10.7 磁场对载流导线的作用,一、安培定律,安培力：电流元在磁场中受到的磁力,安培定律,方向判断 右手螺旋,载流导线受到的磁力,大小,取电流元,受力大小,方向,积分,结论,方向,均匀磁场中载流直导线所受安培力,导线1、2单位长度上所受的磁力为：,二、无限长两平行载流直导线间的相互作用力,电流单位“安培”的定义：,放在真空中的两条无限长平行直导线，各通有相等的稳恒电流，当导线相距1米，每一导线每米长度上受力为210-7牛顿时，各导线中的电流强度为1安培。,例、均匀磁场中任意形状导线所受的作用力,受力大小,方向如图所示,建坐标系取分量,积分,取电流元,推论在均匀磁场中任意形状闭合载流线圈受合力为零,练习 如图 求半圆导线所受安培力,方向竖直向上,解：,例：求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流 导线ab的作用力。已知：I1、I2、d、L,三、磁场对载流线圈的作用,如果线圈为N匝,讨论,（1）,（2）,（3）,四、磁力的功,1.载流导线在磁场中运动时磁力所做的功,2.载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功,例：一半径为R的半圆形闭合线圈，通有电流I，线圈放在均匀外磁场B中，B的方向与线圈平面成300角，如右图，设线圈有N匝，问：,（1）线圈的磁矩是多少？（2）此时线圈所受力矩的大小和方向？（3）图示位置转至平衡位置时，磁力矩作功是多少？,解：（1）线圈的磁矩,pm的方向与B成600夹角,可见，磁力矩作正功,磁力矩的方向由 确定，为垂直于B的方向向上。即从上往下俯视，线圈是逆时针,（2）此时线圈所受力矩的大小为,（3）线圈旋转时，磁力矩作功为,10.2 磁场对运动电荷的作用,一、洛仑兹力,运动电荷在磁场中所受的磁场力,大小,方向,力与速度方向垂直。不能改变速度大小，只能改变速度方向。,粒子在同时存在电场和磁场的空间运动时，其受的合力：,洛仑兹关系式,二、带电粒子在磁场中的运动,粒子做直线运动,粒子做匀速圆周运动,螺距 h：,螺距,应用:,磁聚焦,非均匀磁场,磁镜,磁瓶,三、霍耳效应,RH-霍耳系数,霍耳效应原理 带电粒子在磁场中运动受到洛仑兹力,q0,此时载流子将作匀速直线运动，同时 两侧停止电荷的继续堆积，从而在 两侧建立一个稳定的电势差,q0,总结,(1)q0时，RH0,(2)q0时，RH0,霍耳效应的应用,2、根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的浓度,n型半导体载流子为电子p型半导体载流子为带正电的空穴,1、确定半导体的类型,霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。,*四、磁流体发电,在导电流体中同样会产生霍耳效应,使高温等离子体（导电流体）以1000ms-1的高速进入发电通道（发电通道上下两面有磁极），由于洛仑兹力作用，结果在发电通道两侧的电极上产生电势差。不断提供高温高速的等离子体，便能在电极上连续输出电能。,
