大學(xué)物理 磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度

1、1+IS一一 電流密度電流密度 1.電流電流帶電粒子帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)的定向運(yùn)動(dòng)單位單位: 安培安培(A ) A 10mA-3tqIdd單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某橫截面單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某橫截面的電量稱(chēng)為的電量稱(chēng)為電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度.習(xí)慣上規(guī)定習(xí)慣上規(guī)定正電荷正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较蜻\(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较?6.1 電流電流 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)2 2.電流密度電流密度3cos ddssIjSjSdd cosdIj SjS 2.電流密度電流密度jIddIjnS單位單位:安培每平方米安培每平方米(A/m2) dS n dS 電流密度矢量電流密度矢量 的的方向方向沿該點(diǎn)電場(chǎng)沿該點(diǎn)電場(chǎng) 的方向，的方向，大小大小等于通

2、過(guò)與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的單位面積的電流強(qiáng)度等于通過(guò)與該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)方向垂直的單位面積的電流強(qiáng)度. jEcosdSdS 描述電路中某點(diǎn)電流強(qiáng)弱和方向的物理量描述電路中某點(diǎn)電流強(qiáng)弱和方向的物理量4三三 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)5 非靜電力非靜電力:能把正電荷從電能把正電荷從電勢(shì)較低的點(diǎn)勢(shì)較低的點(diǎn)(如電源負(fù)極板如電源負(fù)極板)送到送到電勢(shì)較高的點(diǎn)電勢(shì)較高的點(diǎn)(如電源正極板如電源正極板)的的作用力稱(chēng)為作用力稱(chēng)為非靜電力非靜電力. 電源電源：提供非靜電力的裝置：提供非靜電力的裝置.kkFEqE+-RI+ 非靜電場(chǎng)非靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng) :kEkE單位正電荷所受的非靜電力單位正電荷所受的非靜電力.6dkEl 電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì) 的

3、定義：的定義：把單位正電荷從負(fù)極通過(guò)把單位正電荷從負(fù)極通過(guò)電源內(nèi)部移到正極時(shí)，電源中的非靜電力所作的功電源內(nèi)部移到正極時(shí)，電源中的非靜電力所作的功. 自負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極的方向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的自負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極的方向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的正方向正方向. dkLEl此定義也適用于非此定義也適用于非靜電力作用在整個(gè)靜電力作用在整個(gè)回路上的情況（如回路上的情況（如電磁感應(yīng)）電磁感應(yīng)）電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)也也可定義為把單位正電荷繞閉合回路一可定義為把單位正電荷繞閉合回路一周時(shí)，電源中非靜電力所作的功周時(shí)，電源中非靜電力所作的功. .（電源外部（電源外部 ）0kE 7一一 基本磁現(xiàn)象基本磁現(xiàn)象磁性：磁性：能吸引鐵磁

4、物質(zhì)能吸引鐵磁物質(zhì)( (Fe、Co、Ni）的一種特性）的一種特性磁體：磁體：具有磁性的物體具有磁性的物體地磁：地磁：地球是一個(gè)大磁體。地球是一個(gè)大磁體。地磁南極在地理北極附近地磁北極在地理南極附近磁極：磁極：磁性集中的區(qū)域磁性集中的區(qū)域沒(méi)有獨(dú)立的沒(méi)有獨(dú)立的N極和極和S極極磁偏磁偏角角6.2 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度8 1820年，丹麥物理學(xué)家年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特奧斯特(H.C.Oersted，17771851）發(fā)現(xiàn)了小磁針在通）發(fā)現(xiàn)了小磁針在通電導(dǎo)線(xiàn)周?chē)艿酱帕ψ饔枚妼?dǎo)線(xiàn)周?chē)艿酱帕ψ饔枚l(fā)生偏轉(zhuǎn)。發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)、載流導(dǎo)線(xiàn)之間或磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)、載流導(dǎo)線(xiàn)之間或載流線(xiàn)圈之間也

5、有相互作用。載流線(xiàn)圈之間也有相互作用。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：9安培的分子電流假說(shuō)安培的分子電流假說(shuō) 近代分子電流的概念：近代分子電流的概念： 軌道圓電流自旋圓電流分子電流軌道圓電流自旋圓電流分子電流 1822 1822年安培提出了用分子電流來(lái)解釋磁性起源。年安培提出了用分子電流來(lái)解釋磁性起源。 一切磁現(xiàn)象的根源是電流一切磁現(xiàn)象的根源是電流. .任何物質(zhì)的分子中任何物質(zhì)的分子中都存在有圓形電流，稱(chēng)為都存在有圓形電流，稱(chēng)為分子電流分子電流. .分子電流相當(dāng)分子電流相當(dāng)于一個(gè)基元磁鐵于一個(gè)基元磁鐵. .10二二 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 電流電流(或磁鐵或磁鐵)磁場(chǎng)磁場(chǎng)電流電流(或磁鐵或磁鐵)磁場(chǎng)對(duì)外的

6、重要表現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)外的重要表現(xiàn)磁場(chǎng)對(duì)進(jìn)入場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用磁場(chǎng)對(duì)進(jìn)入場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)的作用力對(duì)載流導(dǎo)體做載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)的作用力對(duì)載流導(dǎo)體做功，表明磁場(chǎng)具有能量功，表明磁場(chǎng)具有能量磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。磁場(chǎng)與電場(chǎng)一樣、是客觀存在的特殊形態(tài)的物質(zhì)。110mPISn磁場(chǎng)方向：磁場(chǎng)方向：在平衡位置處，磁力矩為零，線(xiàn)圈正法線(xiàn)所指的方在平衡位置處，磁力矩為零，線(xiàn)圈正法線(xiàn)所指的方向，定義為線(xiàn)圈所在處的磁場(chǎng)方向（圖向，定義為線(xiàn)圈所在處的磁場(chǎng)方向（圖2實(shí)線(xiàn)所示）實(shí)線(xiàn)所示）. .Bn2 圖圖2n0I圖圖1 試驗(yàn)線(xiàn)圈試

7、驗(yàn)線(xiàn)圈S線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)線(xiàn)圈轉(zhuǎn)過(guò)90o，此時(shí)線(xiàn)圈所受磁力矩最大，圖，此時(shí)線(xiàn)圈所受磁力矩最大，圖2虛線(xiàn)所示，記為虛線(xiàn)所示，記為Mmax 實(shí)驗(yàn)指出實(shí)驗(yàn)指出max0()mMIS P 磁矩磁矩 是矢量是矢量,方向與線(xiàn)圈的法線(xiàn)方向一致方向與線(xiàn)圈的法線(xiàn)方向一致.mPn表示沿法線(xiàn)方向的單位矢量，法線(xiàn)與電流表示沿法線(xiàn)方向的單位矢量，法線(xiàn)與電流流向成右螺旋關(guān)系流向成右螺旋關(guān)系 12maxmMBP磁感強(qiáng)度大小磁感強(qiáng)度大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：特斯拉特斯拉（T） 1特斯拉特斯拉104高斯（高斯（1T104G）磁場(chǎng)中某點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)中某點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與該點(diǎn)處試驗(yàn)線(xiàn)圈在的方向與該點(diǎn)處試驗(yàn)線(xiàn)圈在穩(wěn)定平衡

8、位置時(shí)的法線(xiàn)方向相同；磁感應(yīng)強(qiáng)度穩(wěn)定平衡位置時(shí)的法線(xiàn)方向相同；磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小的大小等于具有單位磁矩的試驗(yàn)線(xiàn)圈所受到的最大磁力矩等于具有單位磁矩的試驗(yàn)線(xiàn)圈所受到的最大磁力矩. maxmMP比值的大小可以反映各點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。比值的大小可以反映各點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。13三三 磁通量磁通量曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的切線(xiàn)切線(xiàn)方向就是該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向就是該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的的方向方向； 規(guī)定：規(guī)定：通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)處通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn)處垂直于垂直于B矢量的單位面積的磁力線(xiàn)矢量的單位面積的磁力線(xiàn)條數(shù)等于該點(diǎn)條數(shù)等于該點(diǎn)B矢量的量值矢量的量值，這樣，曲線(xiàn)的，這樣，曲線(xiàn)的疏密疏密程度可以表程度可以表示該點(diǎn)的磁

9、感示該點(diǎn)的磁感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度 B 的的大小大小.ISNI14SNI(1) 磁場(chǎng)中每一條磁力線(xiàn)都磁場(chǎng)中每一條磁力線(xiàn)都是環(huán)繞電流的閉合曲線(xiàn)，而是環(huán)繞電流的閉合曲線(xiàn)，而且每條閉合磁力線(xiàn)都與閉合且每條閉合磁力線(xiàn)都與閉合電路互相套合，因此磁場(chǎng)是電路互相套合，因此磁場(chǎng)是渦旋場(chǎng)。渦旋場(chǎng)。(2) 任何兩條磁力線(xiàn)在空間不相交任何兩條磁力線(xiàn)在空間不相交.(3) 磁力線(xiàn)的環(huán)繞方向與電流方向之間可以用右手定則表磁力線(xiàn)的環(huán)繞方向與電流方向之間可以用右手定則表示。若示。若拇指指向電流方向拇指指向電流方向，則，則四指方向即為磁力線(xiàn)方向四指方向即為磁力線(xiàn)方向；若若四指方向?yàn)殡娏鞣较蛩闹阜较驗(yàn)殡娏鞣较?，則，則拇指方向?yàn)榇帕€(xiàn)方向

10、拇指方向?yàn)榇帕€(xiàn)方向。15dcos ddmBSBSsdmBS單位：?jiǎn)挝唬喉f伯（韋伯（Wb） 21Wb1T mBsB磁通量磁通量：穿過(guò)磁場(chǎng)中某一曲面的磁力線(xiàn)總數(shù)，稱(chēng)為穿穿過(guò)磁場(chǎng)中某一曲面的磁力線(xiàn)總數(shù)，稱(chēng)為穿過(guò)該曲面的磁通量，用符號(hào)過(guò)該曲面的磁通量，用符號(hào) 表示表示. .mndS16磁場(chǎng)中的高斯定理：磁場(chǎng)中的高斯定理：穿過(guò)任意閉合曲面的總磁通量穿過(guò)任意閉合曲面的總磁通量必為零必為零. .四四 磁場(chǎng)中的高斯定理磁場(chǎng)中的高斯定理d0SBSBS17五五 畢奧畢奧- -薩伐爾定律薩伐爾定律18IP*2d sin( d , )dI lI l rBkr 3ddI lrBkrlIdBdrlIdrBd對(duì)于真空中的

11、磁場(chǎng)：對(duì)于真空中的磁場(chǎng)： 0()4kSI704 10T/Am真空的磁導(dǎo)率真空的磁導(dǎo)率 1903dd4LI lrBBr磁感強(qiáng)度疊加原理：磁感強(qiáng)度疊加原理：任意形狀的載流導(dǎo)線(xiàn)在給定點(diǎn)任意形狀的載流導(dǎo)線(xiàn)在給定點(diǎn)P產(chǎn)生的磁場(chǎng)，等于各段電流元在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，等于各段電流元在該點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)的矢量和的矢量和. . 02d sin( d , )d4I lI l rBr 國(guó)際單位制中，真空中畢奧國(guó)際單位制中，真空中畢奧薩伐爾定律薩伐爾定律30d4drrlIB或或2002()sin( , )4 qnvS dlv rdBr Iqn vSIdl+vISIqddNnS l 電流元電流元Idl內(nèi)，有內(nèi)，有個(gè)帶

12、電粒子。個(gè)帶電粒子。導(dǎo)體的單位體積內(nèi)有導(dǎo)體的單位體積內(nèi)有n個(gè)帶電個(gè)帶電粒子，每個(gè)粒子帶有電量粒子，每個(gè)粒子帶有電量q，以速度以速度 沿電流元沿電流元 的方向的方向作勻速運(yùn)動(dòng)而形成導(dǎo)體中的電流。作勻速運(yùn)動(dòng)而形成導(dǎo)體中的電流。電流元的橫截面為電流元的橫截面為S，那么，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面，那么，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面S的電量，的電量，即電流強(qiáng)度即電流強(qiáng)度I為為vIdl0022sin( , )sin( , )44 dBqnvSdlv rqvv rBdNnSdl rr則一個(gè)帶電粒子產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度則一個(gè)帶電粒子產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為為vrBvrB矢量式表示矢量式表示034qvrBr B,v和和r三者三者符合右

13、手螺符合右手螺旋法則旋法則一載流直導(dǎo)線(xiàn)，電流為一載流直導(dǎo)線(xiàn)，電流為I ，方向沿，方向沿x軸正方向，導(dǎo)線(xiàn)兩端軸正方向，導(dǎo)線(xiàn)兩端到到P 點(diǎn)的連線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)的夾角分別為點(diǎn)的連線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)的夾角分別為 1和和 2 。求距導(dǎo)線(xiàn)為。求距導(dǎo)線(xiàn)為a 處處P 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。OPax21xrxdBd六六 畢奧畢奧- -薩伐爾定律的應(yīng)用薩伐爾定律的應(yīng)用解：解：任取一電流元任取一電流元Idx20sind4drxIB在給定點(diǎn)在給定點(diǎn)P產(chǎn)生的磁感應(yīng)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為強(qiáng)度大小為方向垂直紙面向外方向垂直紙面向外.232sinddax 022022sin4sinsin4sinI xBrIaa dd210012si

14、n=coscos44IIaa dcotaxsinar OPax21xrxdBdLa若120則，0=2IBa242.圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場(chǎng)圓弧形電流在圓心產(chǎn)生的磁場(chǎng) 已知已知: R、I，圓心角為圓心角為，求在圓心求在圓心O點(diǎn)的磁感點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)強(qiáng)度.解：解：任取電流元任取電流元lIdlIdrR024IdldBR 204RIdlBL dRIRdRI 0002044022IR 圓電流中心的磁場(chǎng)圓電流中心的磁場(chǎng) RIB20 1/n 圓電流的中心的磁場(chǎng)圓電流的中心的磁場(chǎng)RInB210 在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為在圓心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為方向垂直于紙面向外方向垂直于紙面向外25真空中有一半徑為真空中有一半徑為R的圓形載流線(xiàn)圈，通有電流的圓形載流線(xiàn)圈，通有電流I，現(xiàn)，現(xiàn)計(jì)算在圓線(xiàn)圈的軸線(xiàn)上任一點(diǎn)計(jì)算在圓線(xiàn)圈的軸線(xiàn)上任一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁感應(yīng)強(qiáng)度. xx