《稳恒磁场解读》PPT课件.ppt
第四章 稳恒磁场,主要内容：1 磁的基本现象和基本规律 2 载流回路的磁场3 磁场中的高斯定理与安培环路定理4 磁场对载流导线的作用5 带电粒子在磁场中的运动,人类最早认识到的磁现象：磁极：N、S极，地磁；同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引；类比法“磁荷”模型，磁的库仑定理；目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。,1 基本磁现象和基本规律,奥斯特实验及其意义：19世纪20年代前，磁和电是独立发展的奥斯特,丹麦物理学家 Hans Christian Oersted深受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，试图找出电、磁之间的关系,奥斯特实验,1820年7月,磁针在导线的下面平行放置A-B的电流，从上往下看，磁针逆时针偏转B-A的电流，从上往下看，磁针顺时针偏转,奥斯特实验表明,长直载流导线使与之平行放置的磁针受力偏转电流的磁效应磁针是在水平面内偏转的 横向力突破了非接触物体之间只存在有心力的观念拓宽了作用力的类型,意义,揭示了电现象与磁现象的联系宣告电磁学作为一个统一学科诞生历史性的突破此后迎来了电磁学蓬勃发展的高潮,相关思考：,奥斯特实验表明：电流可以对磁铁施加作用力问题：磁铁是否也会给电流施加作用力？答案：ampere,磁铁对电流的作用,Ampere通电导线受马蹄形磁铁作用而运动,9.18 Ampere圆电流对磁针作用 9.25 Ampere平行电流对磁针作用9.25 Arago 钢片被电流磁化,电流与电流之间的相互作用力,Ampere,螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和S极,确定载流螺线管极性,实验表明载流螺线管相当于磁棒，螺线管的极性与电流成右手螺旋关系,一系列实验表明,磁铁 磁铁 电流 电流 都存在相互作用,毕奥萨筏尔的研究,寻找电流元对磁极作用力的定量规律认为电流对磁极的作用力是自然界的基本力 受Oester横向力的影响，认为每一个电流元对磁极的作用力也垂直于导线与磁极构成的平面 困难是无孤立的电流元,关键是找到几何关系,把电流分割成许多电流元,还和几何因素如 有关,即解决了电流产生磁场的规律（见下节）,安培的研究,几乎在同样的背景下，安培提出的问题更深入，显示出大师的风范安培认为：磁现象的本质是电流物质的磁性来源于“分子”电流这是安培根据实验的种种表现作出的重要的抽象,“分子”电流假说,所谓“分子”，是指构成物质的基元，当时对物质结构和分子、原子的认识还很肤浅 每个分子都有电流环绕着，当分子排列整齐时，它们的电流合起来就可以满足磁棒的磁性所需要的电流 磁化可视为使物质中的分子电流排列整齐显示出总体效果,以“分子电流”取代磁荷 能解释磁棒与载流螺线管的等效性可将种种磁相互作用归结为电流之间的相互作用提出寻找任意两个电流元之间作用力的定量规律即可解决磁相互作用的问题,困难,同样是无孤立的电流元两电流元及两者连线三者不共面涉及的几何因素更多，难度增大安培精心设计了四个示零实验来解决这些困难,无定向秤：在均匀磁场中（地磁场）不受力和力矩，可以随遇平衡；但对于非均匀磁场将会作出反应。实验一：用对折导线，在其中通以大小相等、方向相反的电流把它移近无定向秤附近的不同部位，观察无定向秤的反应结果：无定向称不动说明：当电流反向时，它产生的作用力也反向数学表达：,实验二：用载流曲折线对无定向秤作用，结果与载流直导线的作用一样说明电流元具有矢量性,表为,实验三：装置如图只允许圆弧形导体沿其切线方 向运动而不允许圆弧形导体沿 着与其垂直的方向运动结果：圆弧导体不动说明：作用在电流元上的力是与它垂直的横向力,实验四 圆线圈A、B、C线度之比为1/n：1：n，A与B的距离以及线圈B与C的距离比为1：n，A与C固定，并串联，其中电流相同，线圈B可以活动，通以另一电流结果：B不动结论：所有几何线度增加同一倍数时，作用力的大小不变,安培给出的公式,根据安培的假设：两个电流元之间的相互作用沿它们的联线，相当于承认,假设的目的是期望电流元之间相互作用力满足牛顿第三定律，由此推出的公式,内含各项都是标量,两者方向相反,P107（2.14),实际没有孤立的电流元，两个孤立电流元不一定满足牛顿第三定律，横向力，并不一定沿连线，此条件应该去掉,安培定律,经过后人对安培的公式修正、加工，得到现在的安培定律形式 1、设dF12为电流元1给电流元2的力，dF12的大小满足下式,把载流回路分割为电流元,2、dF12的大小还与两电流元的取向有关共面的情形普遍的情形：dl2不在dl1和r12组成的平面内综合起来,被Maxwell誉为“科学中最光辉的成就之一”Ampere本人则被誉为“电学中的Newton”,考虑方向：dF12的方向在dl1和r12组成的平面内，并与dl2垂直，即：,电流强度单位安培的定义和绝对测量,安培定律公式中，取 力的单位为牛顿，长度单位为米，这样确定下来的电流强度的单位为安培以平行电流元为例：令I1=I2=I，则有：,如果当r122/dl1dl2=C(C1)时，若测得的相互作用力F12=10-7/C，则每根导线中的电流强度I定义为1安培。,磁感应强度B,电场E 定量描述电场分布磁场B 定量描述磁场分布 引入试探电流元,闭合回路L1上的电流元,与试探电流元无关，从中扣除试探电流元,说明,I2dl2在B中的受力取决于dl2B的方向B的场源可以是任何产生磁场的场源如磁铁单位：N/Am；也用特斯拉（T）表示 1T=1 N/Am=104 Gs(高斯)B的叠加原理磁场同样遵从矢量叠加原理 任何一个闭合回路产生的磁场，可看成回路上各个电流元产生的元磁场强度的矢量和,
