恒定电流的磁场2.ppt.ppt

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1、2023年3月7日星期二,大学物理(下),1,Review Section 温故知新,2,电流密度:单位时间内通过某点垂直于电流方向的单位截面积的电量，方向为该点电流的方向。,电流密度和电流强度的关系,大小:,方向：该点正电荷定向移动的方向。,电流强度是电流密度对某曲面 S 的通量,2023/3/7,College Physics(II),3,：可量度电源将其他形式能 转变为电能的能力大小,电源电动势,2023/3/7,College Physics(II),4,欧姆定律的 微分形式,欧姆定律的微分形式,表明任一点的电流密度 与电场强度 方向相同，大小成正比,2023年3月7日星期二,大学物理

2、(下),5,第八章 稳恒电流的磁场,8.1 恒定电流8.2 磁感应强度8.3 毕奥-萨伐尔定律,2023年3月7日星期二,大学物理(下),6,2023年3月7日星期二,大学物理(下),7,一 基本磁现象,历史(History),最早发现磁现象：磁石吸引铁屑中国公元前约六世纪春秋战国时期 磁石(磁铁)“司南”指南中国十一世纪指南针,Magnetism Term comes from the ancient Greek city of Magnesia,at which many natural magnets were found.A natural magnetic material Fe3O

3、4.,2023年3月7日星期二,大学物理(下),8,1.早期阶段（磁铁 磁铁）天然磁铁（吸铁石）能吸引铁、镍、钴等物质。条形磁铁的两端称作磁极，中部称作中性区，将条形磁铁的中心支撑或悬挂起来使它能够在水平面内运动，则两极总是指向南北方向分别称作S极和N极。,对基本磁现象的认识可以分成三个阶段：,2023年3月7日星期二,大学物理(下),9,条形磁铁与地球磁场之间以及条形磁铁之间的相互作用说明同号磁极相互排斥，异号磁极相互吸引。,进一步分析发现，将一磁铁可以一直细分成很小很小的磁铁，而每一个小磁铁都具有N、S极。自然界中有独立存在的正电荷或负电荷，但迄今却未发现独立的N、S极。,2023年3月7

4、日星期二,大学物理(下),10,The Earths magnetic field,2023年3月7日星期二,大学物理(下),11,范阿仑辐射带Van Allen belts,宇宙射线的带电粒子被地磁场捕获，绕地磁感应线作螺旋线运动，在近两极处地磁场增强，作螺旋运动的粒子被折回，结果沿磁力线来回振荡形成范阿仑辐射带。,当太阳黑子活动引起空间 磁场的变化，使粒子在两极处的磁力线引导下，在两极附近进入大气层，能引起美妙的北极光。,2023年3月7日星期二,大学物理(下),12,极光,自然磁现象,磁现象与电现象有没有联系？,基本磁现象,2023年3月7日星期二,大学物理(下),14,奥斯特实验(18

5、20.7)小磁针在通电导线周围受磁力作用发生偏转,磁性起源于电荷的运动,电流的磁效应 电流磁铁，电流电流,H.C.Oersted丹麦物理学家,横场力,2023年3月7日星期二,大学物理(下),15,（b）两平行载流导线间有相互作用力,（a）载流导线受磁力作用而运动,安培实验（1820年及以后）,2023年3月7日星期二,大学物理(下),16,安培分子电流假说（1826）,一切磁现象的根源是电荷的运动。物质磁性的本质是在磁性物质分子中，存在着分子电流。,当时人们并不了解原子的结构，因此不能解释物质内部的分子环流是如何形成的。现在大家都知道，原子是由带正电的原子核和绕核旋转的负电子组成。电子不仅能

6、绕核旋转，而且具有自旋。在分子、原子等微观粒子内电子的这些运动等形成了分子环流，这就是物质磁性的基本来源的经典解释。,电现象与磁现象密切相关,产生磁场的“源”：,1.运动电荷,2.传导电流,3.永磁铁（分子电流）,运动电荷既能产生磁场，也能受磁场力的作用。,分子电流：1）原子核外电子绕核的运动 2）内禀电子自旋、核自旋,静电荷产生电场 电场对静电荷产生电场力,17,二、磁感应强度 B,磁场是给运动电荷作用力的场物质。用试探运动电荷 在某场点所受磁力的两个极值 fmax 和 0 来定义。,右手螺旋法则确定B的方向：,矢量表述：,18,Tesla 单位的量级,地磁场 0.5 Gauss=0.5 x

7、 10-4 T 电磁铁 0.1-1 T 超导磁铁 10 T 原子核附近 104 T 脉冲星表面 108 T,1T=104 Gauss,19,1967年首次发现，一位研究生,2023年3月7日星期二,大学物理(下),20,三 毕奥萨伐尔定律,载流导线的磁场,横场力,2023年3月7日星期二,大学物理(下),21,思路,2023年3月7日星期二,大学物理(下),22,真空中，任一载流导线上任取电流元，其在空间某点 P 处产生的磁场的磁感应强度 大小为,q=90时dB取最大值,毕奥萨伐尔定律(1820),2023年3月7日星期二,大学物理(下),23,2023年3月7日星期二,大学物理(下),24,

8、线电流：,矢量式：,毕奥萨伐尔定律,运动电荷的磁场,单位时间内通过的电荷，即电流：,在电流元 内的带电粒子数：,代入毕奥萨伐尔定律，得到每个带电粒子激发的磁场：,电荷q相对观察者以速度v运动、若vc,则单个运动电荷在空间A点所激发的磁场为,等量异号电荷作同向运动时磁场相反，反向运动时磁场相同。,2023年3月7日星期二,大学物理(下),27,例:一段载流直导线的磁场,设有一段载有电流 I 的直导线，试计算距导线 a 处 P 点的磁感应强度。,解：建立如图坐标系，在载流直导线上，任取一电流元 I dz，有毕萨定律得磁感应强度大小为,2023年3月7日星期二,28,由图得,所有电流元产生的磁场方向

9、相同，所以为标量积分，即,2023年3月7日星期二,大学物理(下),29,所以有,讨论：,方向？,2023年3月7日星期二,大学物理(下),30,（4）其他例子：,2023年3月7日星期二,大学物理(下),31,例:圆电流轴线上一点的磁场,有一半径为 R，通电流为 I 的细导线圆环，求其轴线上距圆心 O 为 x 处的P点的磁感应强度。,方向如图：，所有 形成锥面。,解：建立坐标系如图，任取电流元，由毕萨定律得,2023年3月7日星期二,大学物理(下),32,若,由对称性分析得,所以有,2023年3月7日星期二,大学物理(下),33,方向：沿 x 轴正方向，与电流成右螺旋关系。,2023年3月7日星期二,大学物理(下),34,讨论：,定义：圆电流回路的磁矩,方向：右螺旋法则。,螺线管的磁场,亥姆霍兹线圈,氢原子模型,电子绕核作匀速圆周运动，圆的半径为r,每秒钟绕核转动n圈,轨道磁矩与轨道角动量的关系：,