磁感应强度磁场的高斯定理ppt课件.ppt

《磁感应强度磁场的高斯定理ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁感应强度磁场的高斯定理ppt课件.ppt（94页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、4-3 稳恒磁场基本内容,磁感应强度 磁场的高斯定理,毕奥-萨伐尔定律,安培环路定理,磁场对载流导线的作用,一、磁感应强度 磁场的高斯定理：,1、基本磁现象：,磁铁,磁铁,（1）磁极：同性相斥，异性相吸。,（2）N,S极不可单独存在。,磁石古绩点滴,先秦古书管子：“上有慈石者下有铜金”。秦始皇 阿房宫北阙门用大块大块的磁石建造，防刺客暗杀。晋代，马隆率兵与羌人作战，羌兵身披铁甲，剽悍异常，马隆的部队伤亡很大。马隆用计：在敌军必经的山路两旁堆放大量磁石，然后令士兵脱去铁甲，诱敌深入。羌兵被磁石吸住，个个步履艰难。马隆率兵乘势追杀。羌兵以为中了魔法，士气大衰。马隆打了大胜仗。,2、实验现象：,（1

2、）奥斯特实验（1819）,I,I,I,S,N,（2）安培实验,磁铁,磁铁,电流,磁场,电流,问题1：磁铁和电流产生的磁场 在本质上是否一致？,问题2：磁场的性质？,3、安培分子电流假设,4、磁感应强度：,电流,运动的电荷,运动的试探电荷,实验结论：,（1）磁力大小与试探电荷运动方向有关，磁力方向总是和试探电荷运动方向垂直。,磁场,（2）运动试探电荷沿磁场中某一 特定方向运动时，磁力为零。,（3）如果电荷沿与磁场方向垂直的方向运动，受到的磁力最大 Fm。,+q,大小：,方向：,磁感应强度的单位：,国际单位制：特斯拉（T）,（4）磁感应线：,形象化手段来描述稳恒磁场特征,磁感应线的特点：,磁感应线

3、是和闭合电流相互套链的无头无尾的闭合线。,环绕方向与电流方向成右手螺旋关系。,载流直导线的磁感应线,右手螺旋,5、磁感应通量 磁场高斯定理,B,定义：,如果S为闭合曲面,S,意义：稳恒磁场是无源场。,稳恒磁场中的高斯定理,通过磁场中任一闭合曲面的磁感应强度的通量为零。,二、毕奥-萨伐尔定律,带电体,电荷元,静电场,载流导线,稳恒磁场,电流元,1、电流元的定义：,I,大小：Idl,方向：与电流方向一致,物理模型！,2、毕-萨定律,I,3、讨论：,（2）任意线电流产生的磁场,矢量积分,（3）运动电荷产生的磁场,（1）无限长载流导线,3、毕-萨定律的应用：,由毕-萨定律可求得一些典型载流体产生的磁场

4、。,（2）长直螺线管内部磁场：,内部为均匀磁场！,直线电流的磁场,I,选取电流元,写出,r,方向：按右手螺旋，垂直板面向里,载流导线上任何电流元在P点激发的磁场dB，方向都相同，垂直板面向里。,矢量积分简化为代数的积分,统一变量,于是得到,直线电流的磁场,方向：由右手螺旋确定,讨论：,若导线为无限长，则,无限长载流直导线周围的磁感应强度B，其大小与距离d成反比，而方向由右手螺旋法则确定。,三、安培环路定理,静电场,稳恒磁场,在磁场中，沿任何闭合曲线B矢量的线积分（环流），等于真空的磁导率乘以穿过以这闭合曲线为边界所张任意曲面的各恒定电流的代数和。,1、真空中的安培环路定理,讨论：,（1）I为代

5、数值，有正负之分。,当I方向与L的绕向成右旋，I取正；当I方向与L的绕向成左旋，I取负！,（2）物理意义：稳恒磁场是非保 守场。,磁场强度只与传导电流有关，与磁化电流无关,=r 0:磁导率（真空 r=1）。,2、磁介质中的安培环路定理,磁介质中的安培定理,电流,电流,四、磁场对载流导线的作用,1、安培定律：,一电流元在磁场中受到的安培力为,矢量积分,一段载流导线在磁场中受到的安培力为：,2、安培定律的应用,（1）直导线在匀强磁场中,I,B,z,L,q,4、磁力的功,（1）载流导线在磁场中平动,B,A,B,C,D,A,B,F,磁力的功：,B,A,C,D,A,B,AB运动前后穿过回路磁通量的增量：

6、,F,5、磁场对运动电荷的作用,（1）洛伦兹力,实验指出：运动电荷在磁场中受力的作用，其大小和方向为：,讨论：,洛伦兹力方向与q的正负相关。,洛伦兹力不作功。,（2）带电粒子在磁场中运动,速度与磁场平行,v,F=0,粒子作匀速直线运动,速度与磁场垂直,v,q,与速度方向垂直,F,4-4 电磁感应与电磁波,1、电动势,要形成稳恒电流，电路中必须存在非静电力！,除静电力之外的所有力都是非静电力（化学、机械、磁力等）,一、电磁感应,（1）非静电性场强,Fk表示电荷q在电源中受到的 非静电力，则 定义：,非静电性场强,B,A,外电路中非静电性场强为0。,（2）电动势,定义:单位正电荷从电源负极移到电源

7、正极时，非静电力作的功,非静电场强沿闭合电路上的环流,方向：与电流方向一致。,2、电磁感应定律,（1）实验现象,实验一,结论：闭合线圈处磁场发生变化时，线圈中出现感应电流。,实验二,结论：磁场不变，导线运动时，线圈中出现感应电流。,电磁感应现象,（2）法拉第电磁感应定律,通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。,感应电流,感应电动势,讨论：,楞次定律：感应电流的磁场总是反抗产生感应电流的磁通量的变化。,讨论：,“-”号表示感应电动势的方向，是法拉第感应定律的重要内容，是楞次定律的数学表达。,的正负只有在规定“一定的正方向”之下才有意义。,的正负

8、确定：,以原磁通0为正方向，i 与0成右手系则 i 为正，反之则为负。,0,N,S,/t i,0,N,S,/t i,讨论：,对于 N 匝线圈,3、动生电动势,（1）动生电动势,G,A,B,v,dx,l,磁场不变，线圈形状改变。,（2）动生电动势的物理本质,动生电动势的物理本质,由洛伦兹力提供非静电性力，搬运电荷的结果。,G,A,l,v,（3）动生电动势计算的一般公式,非静电性场强：,G,A,l,v,4、感生电动势 感生电场,（1）感生电场（物理分析）,麦克斯韦假设：,变化的磁场在其周围激发了一种电场，称为感生电场。,感生电场,静电场,由自由电荷激发。,电力线不闭合,由变化的磁场激发,电力线是闭

9、合的。,（2）感生电场的环流,由电动势的定义：,讨论：,感生电场为非保守场！,（3）涡电流,导体（块）在磁场中运动或被放在变化的磁场中，导体中形成涡旋电流（感应电流）。,应用：阻尼摆、高频感应电炉。,5、自感应和互感应,（1）自感应,由于回路中电流产生的磁通量发生变化，而在自己回路中激起感应电动势的现象，称为自感现象，相应的电动势称为自感电动势。,m I,写成等式：m=LI 或 L=m/I,又,或,L称为自感系数。,仅与回路性质(几何形状）有关。,（2）互感应,两个载流线圈相互地激起感应电动势的现象，称为互感现象。,感应电流反抗原来电流的变化。,自感系数的单位：亨利（H),21,I2,I1,1

10、2,互感系数 M：,或,6、磁场的能量,（1）自感磁能,K闭合，电流从0逐渐增至I,i为电流的瞬时值,在一个自感系数为L的线圈中建立强度为I的电流，线圈中储存的能量。,（2）磁场的能量,长直螺线管：B=0nI,定义：,磁场能量密度,讨论：,磁场具有能量，是磁场具有物质性的表现。,磁场能量密度定义具有普适性。,静电场：,稳恒磁场：,变化的磁场产生感生电场,变化的电场能否产生磁场？,感生电场,二、麦克斯韦方程组,1、位移电流,（1）回顾安培环路定理：,在磁场中，沿任何闭合曲线B矢量的线积分（环流），等于真空的磁导率乘以穿过以这闭合曲线为边界所张任意曲面的各恒定电流的代数和。,传导电流在全电路中不连

11、续。,电流在正极板终结,电荷在正极板积累,电位移矢量变化,通过S2面的电位移通量变化,(2)麦克斯韦位移电流假设：,对S1+S2形成的闭合曲面应用高斯定理：,激发磁场-“感生磁场”,传导电流,由电荷运动产生,存在于导体中,有热效应,位移电流,由变化电场产生,可存在于真空中,无热效应,2、麦克斯韦方程组,（1）麦克斯韦电磁场基本理论：,感生电场：,除静止电荷产生静电场外，变化的磁场可以产生感生电场。,变化的电场能否产生磁场？,除传导电流产生涡旋磁场外，变化的电场也可以产生涡旋磁场。,电场,磁场,变化,（2）麦克斯韦方程组,定义总电场：,定义总磁场：,静电场：,感生电场：,稳恒磁场：,“感生磁场”,麦克斯韦方程组积分形式：,3、电磁波,（1）电磁场的物质性：,电磁波：变化的电场和变化的磁场相互激发、相互转化，并可以脱离场源而独立存在，以有限速度继续往前传播。,实验证明：电磁场具有能量、动量、电磁质量。,电磁场是物质存在的一种特殊形态。,（2）平面电磁波的基本性质；,电磁波是横波。,电磁波传播速度为：,真空：,光波是电磁波。可见光：,4000 7600,1=10-10 m,