電流、電動勢、磁場、磁感應(yīng)強度、磁場中的高斯定理

1、第六章第六章 穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場6.1 電流電動勢電流電動勢6.2 磁場磁感應(yīng)強度磁場磁感應(yīng)強度6.3 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理6.4 磁場對載流導(dǎo)線的作用磁場對載流導(dǎo)線的作用6.5 磁場對運動電荷的作用磁場對運動電荷的作用靜電荷靜電荷運動電荷運動電荷靜電場靜電場電場電場, 磁場磁場穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場 學(xué)習(xí)方法：類比法學(xué)習(xí)方法：類比法穩(wěn)恒電場穩(wěn)恒電場穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒電流6.1 電流電流 電動勢電動勢一、電流、電流密度帶電粒子的定向運動形成電流。帶電粒子的定向運動形成電流。 方向方向規(guī)定規(guī)定：正電荷運動方向正電荷運動方向1.電流強度：電流強度：dtdqI 2.電流密度電流密度: 描述導(dǎo)體內(nèi)各點的電流分布

2、情況描述導(dǎo)體內(nèi)各點的電流分布情況dIE dSI定義：定義： 電流密度電流密度ndSdIj方向：方向：E/單位：單位： Am2若若dS的法線的法線 與與 成角成角 ,則則通過通過dS的電流的電流n)(EjdS dS jdSdISdjjdS cos sSdjIjn二、二、 電動勢電動勢. 非靜電力與電源非靜電力與電源一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢差不能維持穩(wěn)恒電流一段導(dǎo)體內(nèi)的靜電電勢差不能維持穩(wěn)恒電流ABEkE用電器非靜電力非靜電力: 能把正電荷從電勢較低的點（電源負(fù)極能把正電荷從電勢較低的點（電源負(fù)極板）送到電勢較高的點（電源正極板）的作用力，板）送到電勢較高的點（電源正極板）的作用力，記作記作 Fk 。

3、非靜電場強非靜電場強:qFEk非 表示單位正電荷受到的非靜電力表示單位正電荷受到的非靜電力電源電源: 能夠提供非靜電力的裝置能夠提供非靜電力的裝置.電源電動勢電源電動勢 定義定義:把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時，電源中的非靜電力所做的功，電源中的非靜電力所做的功 .qA 方向方向: 用非靜電場強定義電源電動勢用非靜電場強定義電源電動勢 l dEql dFAkk 0ldEk 如果對整個回路進行積分，即非靜電場強場的環(huán)流如果對整個回路進行積分，即非靜電場強場的環(huán)流。l dEk 這時電動勢的方向與回路中電流的方向一致。這時電動勢的方向與回路中電流的方

4、向一致。6.2磁場磁感應(yīng)強度磁場磁感應(yīng)強度 一、 基本磁現(xiàn)象1.自然磁現(xiàn)象自然磁現(xiàn)象同極相斥同極相斥,異極相吸異極相吸天然磁石天然磁石SNSN磁極和電荷的基本區(qū)別：磁鐵的磁極和電荷的基本區(qū)別：磁鐵的兩個磁極不能獨立存在兩個磁極不能獨立存在2.電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng) 18191820年丹麥物理學(xué)家奧斯年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)特首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)ISN磁現(xiàn)象與運動電荷之間有著密切的聯(lián)系。磁現(xiàn)象與運動電荷之間有著密切的聯(lián)系。 1822年安培提出了年安培提出了 用用分子電流分子電流來解釋磁性起源來解釋磁性起源nINS電荷的運動是一切磁現(xiàn)象的根源。電荷的運動是一切磁現(xiàn)象的根源。二、磁

5、感應(yīng)強度電流電流(或磁鐵或磁鐵) 磁場磁場 電流電流(或磁鐵或磁鐵)1.磁場磁場 運動電荷運動電荷(電流電流) 激發(fā)磁場。激發(fā)磁場。 同時也激發(fā)電場。同時也激發(fā)電場。磁場對外的重要表現(xiàn)為：磁場對外的重要表現(xiàn)為：(1) 磁場對運動電荷磁場對運動電荷(電流電流)有磁力作用有磁力作用(2) 磁力作功，表明磁場具有能量。磁力作功，表明磁場具有能量。2. 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度磁矩磁矩:nSIpm Ipmpm與與I組成右螺旋組成右螺旋試驗線圈試驗線圈 磁場方向磁場方向: 規(guī)定線圈在規(guī)定線圈在穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡位置時的磁矩的方向位置時的磁矩的方向S mpB 磁感應(yīng)強度的大小磁感應(yīng)強度的大小:當(dāng)實驗線圈從平衡位

6、置轉(zhuǎn)過當(dāng)實驗線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過90900 0時時，線圈所受磁力矩為最大，線圈所受磁力矩為最大, ,且且mpM maxmpMBmax 單位單位: 1特斯拉特斯拉104高斯高斯（1T104GS）三、磁場中的高斯定理 1.磁力線磁力線 磁力線切線方向為該點磁場方向。磁力線切線方向為該點磁場方向。BaaBbbBccB 定量地描述磁場強弱定量地描述磁場強弱,B大小定義為：大小定義為： SB dSdBmI直線電流磁力線直線電流磁力線I圓電流磁力線圓電流磁力線I通電螺線通電螺線管磁力線管磁力線(1)磁感應(yīng)線都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是磁感應(yīng)線都是環(huán)繞電流的閉合曲線，磁場是渦旋場。渦旋場。(2) 任意兩條磁

7、感應(yīng)線在空間不相交。任意兩條磁感應(yīng)線在空間不相交。(3)磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則2. 磁通量磁通量 穿過磁場中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱為該曲穿過磁場中任一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱為該曲面的磁通量，用符號面的磁通量，用符號m表示。表示。 SBn SdBdm smsdB3.3.磁場中的高斯定理磁場中的高斯定理 SB smsdB ssdB0穿過穿過任意任意閉合曲面的磁通量為零閉合曲面的磁通量為零(1) 磁力線是無頭無尾的閉合曲線，磁力線是無頭無尾的閉合曲線，(2) 磁場是無源場磁場是無源場 (無磁單極存在無磁單極存在) 四、畢奧薩伐爾定律 1.1.穩(wěn)恒

8、電流的磁場穩(wěn)恒電流的磁場 電流元電流元lIdIplIdrBd2),sin(rrl dIdlkdB ,104170 AmTk 170104 AmT dB 的方向的方向)/(rl dBd 2004rrlIdBd 畢奧畢奧-沙伐爾定律沙伐爾定律對一段載流導(dǎo)線對一段載流導(dǎo)線2004rrlIdBl 若若 =0或或 ，則，則dB=0， 即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。若若 = /2，則，則dB最大最大 (其它因素不變下其它因素不變下)2.2.運動電荷的磁場運動電荷的磁場電流的微觀形式電流的微觀形式IdlI 若載流子的數(shù)密度為若載流子的數(shù)密度為n，電量為，電量為q，運動速度為

9、，運動速度為u u，則則Iu uqns 2004rrl dqnsBd u u 2004rrqnsdl u u 電流元電流元Idl中載流子中載流子(運動電荷運動電荷)有有 dN個個sdlndN dNBdB 2004rdNrnsdlq u u )(2004rrqB u u 畢奧沙伐爾定畢奧沙伐爾定律的微觀形式律的微觀形式u uBqpru uBpr五、畢奧薩伐爾定律的應(yīng)用 1.載流直導(dǎo)線的磁場載流直導(dǎo)線的磁場 r xyz0Bd2 1 已知：真空中已知：真空中I、 1、 2、a取電流元取電流元Idl, 如圖如圖lIdP所有電流元在所有電流元在P點產(chǎn)生的磁點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的方向相同感應(yīng)強度的方向相同

10、204sinBrIdldBll設(shè)設(shè)0P=a,則則 : cosar cossin atgl 2cosdadl 21cos4coscoscos402220daIadaIBL 120sinsin4 aIB關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定關(guān)于角的有關(guān)規(guī)定 以以O(shè)P為起始線為起始線, 角增加的方向與電流方向相角增加的方向與電流方向相同，則為正，反之，則為負(fù)。同，則為正，反之，則為負(fù)。 p0p02 p01 2 無限長無限長電流的磁場電流的磁場 2221 aIB 20 半無限長半無限長電流的磁場電流的磁場2021 aIB 40 直導(dǎo)線延長線上直導(dǎo)線延長線上電流的磁場電流的磁場 ? BIB20sin4rIdldB 0 0 dB0 B2.圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場 已知已知: R、I，圓心角為圓心角為，求在圓心求在圓心