大物上冊課件第八章-穩(wěn)恒磁場

第八章

穩(wěn)恒磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心第八章

穩(wěn)恒磁場12/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1穩(wěn)恒磁場概述1、恒定電流：方向和大小不隨時間變化的電流。歐姆定律電動勢電流密度（3）磁力：安培力、洛侖茲力（2）基本性質(zhì)：環(huán)路定理、高斯定理（1）實(shí)驗(yàn)總結(jié)：畢薩定律2、穩(wěn)恒磁場：方向和大小不隨時間變化的磁場。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心穩(wěn)恒磁場概述1、恒定電流：方向和大小不隨時間變化的28.1.1電流和電流密度（CurrentandCurrentDensity）

方向：該點(diǎn)+q運(yùn)動方向。電流強(qiáng)弱I定義為單位時間通過導(dǎo)體任一橫截面積的電量，即1.電流條件：（2）存在電場（恒定電流對應(yīng)恒定電場）（1）自由運(yùn)動的載流子；單位：安培（A）運(yùn)流電流：帶電導(dǎo)體的機(jī)械運(yùn)動。傳導(dǎo)電流：導(dǎo)電介質(zhì)中電荷的定向移動。8.1恒定電流(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.1.1電流和電流密度方向：該點(diǎn)+q運(yùn)動方向。3大物上冊課件第八章-穩(wěn)恒磁場4大物上冊課件第八章-穩(wěn)恒磁場5R稱為電阻，單位是歐姆（）。稱為電導(dǎo)，單位是西門子(S=－1)。（1）電阻與材料長度l成正比、橫截面積S成反比；r是電阻率；s是電導(dǎo)率。當(dāng)導(dǎo)體的電阻率r或橫截面積S不均勻時（2）歐姆定律的微分形式12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心R稱為電阻，單位是歐姆（）。稱為電導(dǎo)，單位是西門子(6利用即把正電荷由負(fù)極板B移到正極板A的力稱為非靜電力，提供非靜電力的裝置叫電源。類比靜電場，定義非靜電場強(qiáng)Ek為：8.1.3電動勢（ElectromotiveForce）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心利用即把正電荷由負(fù)極板B移到正極板A的力稱為7

電動勢是在非靜電力作用下，使單位正電荷繞閉合回路一周時，非靜電力做的功。（1）非靜電力一般存在于電源內(nèi)部，這時有（2）電動勢是標(biāo)量，規(guī)定負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極方向?yàn)殡妱觿莘较颉隽ν苿诱姾?/p>

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沿回路一周所做的功是利用；于是定義電動勢為12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心電動勢是在非靜電力作用下，使單位正電荷繞閉合88.2.1基本磁現(xiàn)象（4）1819年奧斯特（H.C.Oersted）發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)；（5）1820年安培發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線間或載流線圈間也有相互作用。（1）天然磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)，這一性質(zhì)稱為磁性（magnetism）。（2）磁極之間有相互作用力，同性磁極相斥，異性磁極相吸引。（3）磁鐵的兩個磁極不能分割成獨(dú)立的N極或S極。這是磁極和電荷的基本區(qū)別。磁懸浮基本磁現(xiàn)象8.2基本磁現(xiàn)象安培定律(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.2.1基本磁現(xiàn)象（4）1819年奧斯特（H.C.Oer91、分子電流假說一切磁現(xiàn)象的根源是電流，磁性物質(zhì)的分子中存在回路電流，稱為分子電流。分子電流假說對磁現(xiàn)象的解釋:2、磁現(xiàn)象起源于電荷的運(yùn)動。載流導(dǎo)線可以分成無數(shù)多個無限小段，從中任取一微小段dl，按照該處電流方向定義線元矢量，則電流與線元矢量的乘積，定義為該處的電流元（currentelement）矢量。

安培定律：實(shí)驗(yàn)證明，兩個電流之間存在著作用力，稱為安培力。第一個電流元對第二個電流元的作用力為8.2.2安培定律（Ampere’sLaw）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1、分子電流假說一切磁現(xiàn)象的根源是電流，磁性10其中方向按右手法則。載流導(dǎo)線閉合回路C1中電流I1對閉合回路C2中電流I2的磁力為：磁力與電力的顯著區(qū)別：電力是縱向力，兩個點(diǎn)電荷之間的作用力總在它們的連線上；磁力是橫向力，電流元受到的磁力總與電流元的方向垂直，所以，安培力不滿足力的作用與反作用定律。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心其中方向按右手法則。載流導(dǎo)線閉合回路C1中電111、磁場（MagneticField）磁場是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。

8.3.1磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度（1）磁場對引入磁場中的運(yùn)動電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用；（2）載流導(dǎo)體在磁場中移動時，磁場的作用力對載流導(dǎo)體做功，可見，磁場具有能量。這表明了磁場的物質(zhì)性。對外表現(xiàn)：8.3磁場畢奧-薩伐爾定律(A)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1、磁場（MagneticField）磁場是一種特殊形12方向?yàn)槭芰榱愕倪\(yùn)動方向，即是磁針N極的指向。單位:特斯拉(T)

電流元在磁場中受力與電流元及磁場性質(zhì)有關(guān)，故磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：xyzIdlxyzIdl2、磁感應(yīng)強(qiáng)度（MagneticInduction）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心方向?yàn)槭芰榱愕倪\(yùn)動方向，即是磁針N極的指向13電流元在P處磁場

真空中磁導(dǎo)率,載流導(dǎo)線磁場為：大小：方向：右手法則IdlIP8.3.2畢奧－薩伐爾定律（Biot-SavartLaw)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心電流元在P處磁場真空中磁導(dǎo)率,載流導(dǎo)線磁14

運(yùn)動電荷的磁場（MagneticFieldofaMovingCharge)電流元視為運(yùn)動電荷集合單個運(yùn)動電荷的磁場是12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心運(yùn)動電荷的磁場電流元視為運(yùn)動電荷集合單個運(yùn)動電荷的磁場15lOa1a2aarIPdl由畢-薩定律,P點(diǎn)的大小為由于直導(dǎo)線上所有電流源在P點(diǎn)產(chǎn)生的方向都相同，所以

三種典型載流導(dǎo)線的磁場

載流直導(dǎo)線的磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心lOa1a2aarIPdl由畢-薩定律,P點(diǎn)的大16lOa1a2aarIPdl12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心lOa1a2aarIPdl12/10/2022吉林大學(xué)物理17載流圓形線圈的磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心載流圓形線圈的磁場12/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)18IR在O點(diǎn)產(chǎn)生的大小為由于載流圓形線圈上所有電流元在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都相同，所以載流圓線圈的磁場（圓心處）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心IR在O點(diǎn)產(chǎn)生的大小為由于載流圓形線圈上所有電19(1)載流圓線圈的圓心處

(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場I如果由N匝圓線圈組成右圖中，求O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度I123解RO例如討論12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心(1)載流圓線圈的圓心處(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場20IRO12312/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心IRO12312/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心21xORq求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩解Pr例12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心xORq求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩解Pr例22圓盤圓心處

方向沿

x軸正向3.載流螺線管軸線上的磁場IPR已知螺線管半徑為R單位長度上有n匝l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心圓盤圓心處方向沿x軸正向3.載流螺線管軸線上的磁場23PRl(1)無限長載流螺線管討論(2)半無限長載流螺線管

12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心PRl(1)無限長載流螺線管討論(2)半無限長載流螺線24通過垂直于的單位面積磁感應(yīng)線條數(shù)等于該點(diǎn)處的量值;其切線方向是該點(diǎn)磁場的方向。磁感應(yīng)線幾種電流的磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線有如下性質(zhì)（1）任何兩條磁感線不相交;（2）磁感應(yīng)線是閉合線;（3）磁感應(yīng)線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向用右手法則確定。8.4.1磁感應(yīng)線（MasneticFieldLines）8.4磁通量磁場中的高斯定理(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心通過垂直于的單位面積磁感應(yīng)線條數(shù)等258.4.2磁通量（MagneticFlux）通過給定曲面的磁感應(yīng)線的數(shù)量，用Φm表示。單位：韋伯（Wb）對閉合曲面，進(jìn)入磁感應(yīng)線等于穿出磁感應(yīng)線，即此式稱為磁場高斯定理，說明磁場是無源場。閉合曲面磁通量12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.4.2磁通量（MagneticFlux）通過給定曲面26例8.1在通有電流

I的無限長直導(dǎo)線旁有一矩形回路，且兩者共面。試計算通過該回路所包圍面積的磁通量。xIabdx解取直電流處為坐標(biāo)原點(diǎn)，向右為x軸，在S面內(nèi)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為通過面積元的磁通量為12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心例8.1在通有電流I的無限長直27實(shí)驗(yàn)證明放在磁場里的載流導(dǎo)線要受到力的作用，稱為安培力。方向按右手法則。對整段載流導(dǎo)線有均勻磁場，直導(dǎo)線的安培力大小是：安培力安培力有如下關(guān)系8.5.1磁場對載流導(dǎo)線的作用一、磁場對載流導(dǎo)線的作用8.5磁場對載流導(dǎo)線和運(yùn)動電荷的作用(A)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)證明放在磁場里的載流導(dǎo)線要受到力的作用282、磁場對載流線圈的作用(ForceandTorqueonaCurrentLoop)均勻磁場，剛性載流線圈分析受力可知：方向相反，沿同一直線，抵消。方向相反，不沿同一直線，形成力偶，對線圈產(chǎn)生力矩：方向是z軸；S=l1l2是線圈面積。1l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心2、磁場對載流線圈的作用均勻磁場，剛性載流線圈29平面載流線圈受到的磁力矩是定義磁矩（矢量）：如果線圈有N匝，則平衡性質(zhì)分析M=0，穩(wěn)定平衡M=0，不穩(wěn)定平衡M=Mmax1l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心平面載流線圈受到的磁力矩是定義磁矩（矢量）：如果線圈有N匝，30例8.2xo方向I2aI1ABCxdx若BC=L，求：fBCl解：在一長直電流I1附近放置長為l電流為I2的水平直導(dǎo)線，求載流導(dǎo)線I2所受的磁力。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心例8.2xo方向I2aI1ABCxdx若BC=L，求：31一、洛侖茲力（LorentzForce)

可以證明運(yùn)動電荷在磁場中的洛侖茲力為：大?。悍较颍悍挠沂址▌t洛倫茲力（1）正電荷，q>0，受力方向F與（uB）同方向。8.5.2運(yùn)動電荷在磁場中受力（2）負(fù)電荷，q<0，受力方向F與（uB）反方向。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心一、洛侖茲力（LorentzForce)可以證32二、霍爾效應(yīng)（HallEffect）霍爾效應(yīng)RH稱為霍爾系數(shù)。UHabIU1U2在均勻磁場B中放一塊金屬板，金屬板面與B的方向垂直，如下圖，在金屬板中沿著與磁場B垂直的方向通以電流I時，金屬板上下兩表面之間就出現(xiàn)橫向的電勢差UH。實(shí)驗(yàn)表明：霍耳電勢差的大小為：理論分析：電子受洛倫茲力和電場力而平衡。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心二、霍爾效應(yīng)（HallEffect）霍爾效應(yīng)RH稱為霍爾系33注意到：于是得出及有系數(shù)正負(fù)可以評定電子載流子（負(fù)，導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體）、空穴載流子（正，p型半導(dǎo)體）。IUHa12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心注意到：于是得出及有系數(shù)正負(fù)可以評定電子載流341.磁介質(zhì)在磁場中能夠?qū)Υ艌霎a(chǎn)生影響的物質(zhì)被稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)分類：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。2.分子磁矩在物質(zhì)分子中，每個電子參與兩種運(yùn)動：一是繞核的軌道運(yùn)動——軌道磁矩；二是自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動——自旋磁矩；所有電子的軌道磁矩與自旋磁矩的矢量和是這個分子的磁矩，稱為分子磁矩。8.6.1磁介質(zhì)及其磁化8.6磁介質(zhì)磁化過程(C)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1.磁介質(zhì)在磁場中能夠?qū)Υ艌霎a(chǎn)生影響的物質(zhì)35分子磁矩可以用一個等效圓電流表示，稱為分子電流。3.磁化機(jī)制順磁質(zhì)的磁化分子磁矩不為零的物質(zhì)是順磁質(zhì)，即存在固有磁矩。無外磁場時：由于熱運(yùn)動，分子磁矩取向雜亂無章對外不顯磁性；有外磁場時：分子磁矩受到一個力矩作用，取向趨同與外磁場，二者合成，使介質(zhì)中磁場增強(qiáng)。分子電流假說順磁質(zhì)的磁化12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心分子磁矩可以用一個等效圓電流表示，稱為分子電36抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩為零的物質(zhì)是抗磁質(zhì)，即不存在固有磁矩。無外磁場時：抗磁質(zhì)的分子磁矩為零，對外不顯磁性；有外磁場時：電子在軌道運(yùn)動的同時，產(chǎn)生附加磁矩，取向與外磁場相反，使介質(zhì)中磁場減弱。1、磁化強(qiáng)度（Magnetizationintensity）單位體積分子磁矩的矢量和稱為磁化強(qiáng)度，即是體積內(nèi)的分子磁矩矢量和8.6.2磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩為零的物質(zhì)是抗磁質(zhì)，即不372、磁場強(qiáng)度（MagneticField）在磁介質(zhì)存在時，介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度由外加磁場和介質(zhì)磁化共同作用，即引入磁場強(qiáng)度：實(shí)驗(yàn)表明，對各向同性非鐵磁介質(zhì)，磁化強(qiáng)度與外場強(qiáng)度（即磁場強(qiáng)度）成比例關(guān)系：分別稱為磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率。稱為介質(zhì)的磁導(dǎo)率12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心2、磁場強(qiáng)度（MagneticField）382.磁飽和現(xiàn)象對不同的磁介質(zhì)，磁導(dǎo)率量值為：順磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：真空中：鐵磁質(zhì)8.6.3鐵磁質(zhì)具有以下主要性質(zhì)：鐵磁質(zhì)具有很大的磁導(dǎo)率。1.磁導(dǎo)率大起始磁化曲線值很大，是的非單值函數(shù)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心2.磁飽和現(xiàn)象對不同的磁介質(zhì)，磁導(dǎo)率量值為：順磁質(zhì)：抗磁質(zhì)393.磁滯回線鐵磁質(zhì)反復(fù)磁化，B的變化滯后于H的變化，形成閉合的磁滯回線。如圖：Br—剩磁Hc—矯頑力如圖所示，開始B與H近似有線性關(guān)系，隨H增加，B迅速增大，H達(dá)到某一值后，B不在增加，稱為磁飽和狀態(tài)。磁滯回線形成依據(jù)磁滯回線的形態(tài)，鐵磁質(zhì)分成三類：軟磁材料硬磁材料矩磁材料三種鐵磁質(zhì)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心3.磁滯回線鐵磁質(zhì)反復(fù)磁化，B的變化滯后40鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理：鐵磁質(zhì)中存在許多磁化區(qū)，稱為磁疇。由此導(dǎo)致鐵磁質(zhì)的特殊磁化特性。磁疇間的摩擦，使B滯后H，形成磁滯回線；導(dǎo)致部分磁化能轉(zhuǎn)換成熱運(yùn)動能量，形成磁滯損耗。磁疇的作用（1）當(dāng)溫度升高到某一溫度時，受分子熱運(yùn)動影響，磁疇互解，鐵磁質(zhì)變成順磁質(zhì)，這個溫度稱為居里溫度。（2）理論認(rèn)為，磁疇來源于電子的自旋磁矩相互作用。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理：鐵磁質(zhì)中存在許多磁化區(qū)，稱41類比電場環(huán)流無限長載流直線為例路徑方向逆時針時路徑方向順時針時8.7.1安培環(huán)路定律（Ampere’sLawaroundaClosedPath)8.7安培環(huán)路定律(A)IrOL12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心類比電場環(huán)流無限長載42視電流I為代數(shù)量，則推廣到一般—安培環(huán)路定理。（1）環(huán)路定律表明,穩(wěn)恒磁場是渦旋場或非保守場。H是環(huán)路內(nèi)外所有傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，而只是環(huán)路內(nèi)傳導(dǎo)電流之代數(shù)和。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心視電流I為代數(shù)量，則推廣到一般—安培環(huán)路定理。（1）環(huán)路定43但并不意味著環(huán)路上處處（2）積分回路是N圈時（4）利用安培環(huán)路定律可以方便求解對稱電流分布的磁場，步驟是：（3）只要環(huán)路內(nèi)電流代數(shù)和為零,則定出電流正負(fù)，用環(huán)路定律求出H。積分路徑或與磁感應(yīng)線垂直或者平行；選取積分回路，規(guī)定積分方向；12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心但并不意味著環(huán)路上處處（2）積分回路是N圈時（4）利用安培44幾種典型磁場的計算：一、長直螺旋管內(nèi)的磁場（l、N、I）abdcP對于橫截面為正方形或其他形狀的無限長螺線管內(nèi)的磁場都成立。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心幾種典型磁場的計算：一、長直螺旋管內(nèi)的磁場（l、N、I）ab45二、環(huán)型螺線管內(nèi)的磁場r1rP12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心二、環(huán)型螺線管內(nèi)的磁場r1rP12/10/2022吉林大學(xué)46三、無限長載流圓柱導(dǎo)體內(nèi)外的磁場（R，I

均勻分布）IRrHPLr>RrHPLr<R仿此例，可以算無限長載流直導(dǎo)線、圓柱面、圓管及其共軸組合的磁場。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心三、無限長載流圓柱導(dǎo)體內(nèi)外的磁場（R，I均勻分布）IRr47第八章

穩(wěn)恒磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心第八章

穩(wěn)恒磁場12/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心48穩(wěn)恒磁場概述1、恒定電流：方向和大小不隨時間變化的電流。歐姆定律電動勢電流密度（3）磁力：安培力、洛侖茲力（2）基本性質(zhì)：環(huán)路定理、高斯定理（1）實(shí)驗(yàn)總結(jié)：畢薩定律2、穩(wěn)恒磁場：方向和大小不隨時間變化的磁場。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心穩(wěn)恒磁場概述1、恒定電流：方向和大小不隨時間變化的498.1.1電流和電流密度（CurrentandCurrentDensity）

方向：該點(diǎn)+q運(yùn)動方向。電流強(qiáng)弱I定義為單位時間通過導(dǎo)體任一橫截面積的電量，即1.電流條件：（2）存在電場（恒定電流對應(yīng)恒定電場）（1）自由運(yùn)動的載流子；單位：安培（A）運(yùn)流電流：帶電導(dǎo)體的機(jī)械運(yùn)動。傳導(dǎo)電流：導(dǎo)電介質(zhì)中電荷的定向移動。8.1恒定電流(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.1.1電流和電流密度方向：該點(diǎn)+q運(yùn)動方向。50大物上冊課件第八章-穩(wěn)恒磁場51大物上冊課件第八章-穩(wěn)恒磁場52R稱為電阻，單位是歐姆（）。稱為電導(dǎo)，單位是西門子(S=－1)。（1）電阻與材料長度l成正比、橫截面積S成反比；r是電阻率；s是電導(dǎo)率。當(dāng)導(dǎo)體的電阻率r或橫截面積S不均勻時（2）歐姆定律的微分形式12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心R稱為電阻，單位是歐姆（）。稱為電導(dǎo)，單位是西門子(53利用即把正電荷由負(fù)極板B移到正極板A的力稱為非靜電力，提供非靜電力的裝置叫電源。類比靜電場，定義非靜電場強(qiáng)Ek為：8.1.3電動勢（ElectromotiveForce）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心利用即把正電荷由負(fù)極板B移到正極板A的力稱為54

電動勢是在非靜電力作用下，使單位正電荷繞閉合回路一周時，非靜電力做的功。（1）非靜電力一般存在于電源內(nèi)部，這時有（2）電動勢是標(biāo)量，規(guī)定負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極方向?yàn)殡妱觿莘较?。場力推動正電?/p>

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沿回路一周所做的功是利用；于是定義電動勢為12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心電動勢是在非靜電力作用下，使單位正電荷繞閉合558.2.1基本磁現(xiàn)象（4）1819年奧斯特（H.C.Oersted）發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)；（5）1820年安培發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線間或載流線圈間也有相互作用。（1）天然磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)，這一性質(zhì)稱為磁性（magnetism）。（2）磁極之間有相互作用力，同性磁極相斥，異性磁極相吸引。（3）磁鐵的兩個磁極不能分割成獨(dú)立的N極或S極。這是磁極和電荷的基本區(qū)別。磁懸浮基本磁現(xiàn)象8.2基本磁現(xiàn)象安培定律(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.2.1基本磁現(xiàn)象（4）1819年奧斯特（H.C.Oer561、分子電流假說一切磁現(xiàn)象的根源是電流，磁性物質(zhì)的分子中存在回路電流，稱為分子電流。分子電流假說對磁現(xiàn)象的解釋:2、磁現(xiàn)象起源于電荷的運(yùn)動。載流導(dǎo)線可以分成無數(shù)多個無限小段，從中任取一微小段dl，按照該處電流方向定義線元矢量，則電流與線元矢量的乘積，定義為該處的電流元（currentelement）矢量。

安培定律：實(shí)驗(yàn)證明，兩個電流之間存在著作用力，稱為安培力。第一個電流元對第二個電流元的作用力為8.2.2安培定律（Ampere’sLaw）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1、分子電流假說一切磁現(xiàn)象的根源是電流，磁性57其中方向按右手法則。載流導(dǎo)線閉合回路C1中電流I1對閉合回路C2中電流I2的磁力為：磁力與電力的顯著區(qū)別：電力是縱向力，兩個點(diǎn)電荷之間的作用力總在它們的連線上；磁力是橫向力，電流元受到的磁力總與電流元的方向垂直，所以，安培力不滿足力的作用與反作用定律。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心其中方向按右手法則。載流導(dǎo)線閉合回路C1中電581、磁場（MagneticField）磁場是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。

8.3.1磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度（1）磁場對引入磁場中的運(yùn)動電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用；（2）載流導(dǎo)體在磁場中移動時，磁場的作用力對載流導(dǎo)體做功，可見，磁場具有能量。這表明了磁場的物質(zhì)性。對外表現(xiàn)：8.3磁場畢奧-薩伐爾定律(A)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1、磁場（MagneticField）磁場是一種特殊形59方向?yàn)槭芰榱愕倪\(yùn)動方向，即是磁針N極的指向。單位:特斯拉(T)

電流元在磁場中受力與電流元及磁場性質(zhì)有關(guān)，故磁感應(yīng)強(qiáng)度定義：xyzIdlxyzIdl2、磁感應(yīng)強(qiáng)度（MagneticInduction）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心方向?yàn)槭芰榱愕倪\(yùn)動方向，即是磁針N極的指向60電流元在P處磁場

真空中磁導(dǎo)率,載流導(dǎo)線磁場為：大?。悍较颍河沂址▌tIdlIP8.3.2畢奧－薩伐爾定律（Biot-SavartLaw)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心電流元在P處磁場真空中磁導(dǎo)率,載流導(dǎo)線磁61

運(yùn)動電荷的磁場（MagneticFieldofaMovingCharge)電流元視為運(yùn)動電荷集合單個運(yùn)動電荷的磁場是12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心運(yùn)動電荷的磁場電流元視為運(yùn)動電荷集合單個運(yùn)動電荷的磁場62lOa1a2aarIPdl由畢-薩定律,P點(diǎn)的大小為由于直導(dǎo)線上所有電流源在P點(diǎn)產(chǎn)生的方向都相同，所以

三種典型載流導(dǎo)線的磁場

載流直導(dǎo)線的磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心lOa1a2aarIPdl由畢-薩定律,P點(diǎn)的大63lOa1a2aarIPdl12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心lOa1a2aarIPdl12/10/2022吉林大學(xué)物理64載流圓形線圈的磁場12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心載流圓形線圈的磁場12/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)65IR在O點(diǎn)產(chǎn)生的大小為由于載流圓形線圈上所有電流元在O點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向都相同，所以載流圓線圈的磁場（圓心處）12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心IR在O點(diǎn)產(chǎn)生的大小為由于載流圓形線圈上所有電66(1)載流圓線圈的圓心處

(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場I如果由N匝圓線圈組成右圖中，求O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度I123解RO例如討論12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心(1)載流圓線圈的圓心處(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場67IRO12312/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心IRO12312/10/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心68xORq求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩解Pr例12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心xORq求繞軸旋轉(zhuǎn)的帶電圓盤軸線上的磁場和圓盤的磁矩解Pr例69圓盤圓心處

方向沿

x軸正向3.載流螺線管軸線上的磁場IPR已知螺線管半徑為R單位長度上有n匝l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心圓盤圓心處方向沿x軸正向3.載流螺線管軸線上的磁場70PRl(1)無限長載流螺線管討論(2)半無限長載流螺線管

12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心PRl(1)無限長載流螺線管討論(2)半無限長載流螺線71通過垂直于的單位面積磁感應(yīng)線條數(shù)等于該點(diǎn)處的量值;其切線方向是該點(diǎn)磁場的方向。磁感應(yīng)線幾種電流的磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線有如下性質(zhì)（1）任何兩條磁感線不相交;（2）磁感應(yīng)線是閉合線;（3）磁感應(yīng)線的回轉(zhuǎn)方向和電流方向用右手法則確定。8.4.1磁感應(yīng)線（MasneticFieldLines）8.4磁通量磁場中的高斯定理(B)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心通過垂直于的單位面積磁感應(yīng)線條數(shù)等728.4.2磁通量（MagneticFlux）通過給定曲面的磁感應(yīng)線的數(shù)量，用Φm表示。單位：韋伯（Wb）對閉合曲面，進(jìn)入磁感應(yīng)線等于穿出磁感應(yīng)線，即此式稱為磁場高斯定理，說明磁場是無源場。閉合曲面磁通量12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心8.4.2磁通量（MagneticFlux）通過給定曲面73例8.1在通有電流

I的無限長直導(dǎo)線旁有一矩形回路，且兩者共面。試計算通過該回路所包圍面積的磁通量。xIabdx解取直電流處為坐標(biāo)原點(diǎn)，向右為x軸，在S面內(nèi)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為通過面積元的磁通量為12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心例8.1在通有電流I的無限長直74實(shí)驗(yàn)證明放在磁場里的載流導(dǎo)線要受到力的作用，稱為安培力。方向按右手法則。對整段載流導(dǎo)線有均勻磁場，直導(dǎo)線的安培力大小是：安培力安培力有如下關(guān)系8.5.1磁場對載流導(dǎo)線的作用一、磁場對載流導(dǎo)線的作用8.5磁場對載流導(dǎo)線和運(yùn)動電荷的作用(A)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)證明放在磁場里的載流導(dǎo)線要受到力的作用752、磁場對載流線圈的作用(ForceandTorqueonaCurrentLoop)均勻磁場，剛性載流線圈分析受力可知：方向相反，沿同一直線，抵消。方向相反，不沿同一直線，形成力偶，對線圈產(chǎn)生力矩：方向是z軸；S=l1l2是線圈面積。1l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心2、磁場對載流線圈的作用均勻磁場，剛性載流線圈76平面載流線圈受到的磁力矩是定義磁矩（矢量）：如果線圈有N匝，則平衡性質(zhì)分析M=0，穩(wěn)定平衡M=0，不穩(wěn)定平衡M=Mmax1l12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心平面載流線圈受到的磁力矩是定義磁矩（矢量）：如果線圈有N匝，77例8.2xo方向I2aI1ABCxdx若BC=L，求：fBCl解：在一長直電流I1附近放置長為l電流為I2的水平直導(dǎo)線，求載流導(dǎo)線I2所受的磁力。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心例8.2xo方向I2aI1ABCxdx若BC=L，求：78一、洛侖茲力（LorentzForce)

可以證明運(yùn)動電荷在磁場中的洛侖茲力為：大?。悍较颍悍挠沂址▌t洛倫茲力（1）正電荷，q>0，受力方向F與（uB）同方向。8.5.2運(yùn)動電荷在磁場中受力（2）負(fù)電荷，q<0，受力方向F與（uB）反方向。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心一、洛侖茲力（LorentzForce)可以證79二、霍爾效應(yīng)（HallEffect）霍爾效應(yīng)RH稱為霍爾系數(shù)。UHabIU1U2在均勻磁場B中放一塊金屬板，金屬板面與B的方向垂直，如下圖，在金屬板中沿著與磁場B垂直的方向通以電流I時，金屬板上下兩表面之間就出現(xiàn)橫向的電勢差UH。實(shí)驗(yàn)表明：霍耳電勢差的大小為：理論分析：電子受洛倫茲力和電場力而平衡。12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心二、霍爾效應(yīng)（HallEffect）霍爾效應(yīng)RH稱為霍爾系80注意到：于是得出及有系數(shù)正負(fù)可以評定電子載流子（負(fù)，導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體）、空穴載流子（正，p型半導(dǎo)體）。IUHa12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心注意到：于是得出及有系數(shù)正負(fù)可以評定電子載流811.磁介質(zhì)在磁場中能夠?qū)Υ艌霎a(chǎn)生影響的物質(zhì)被稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)分類：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。2.分子磁矩在物質(zhì)分子中，每個電子參與兩種運(yùn)動：一是繞核的軌道運(yùn)動——軌道磁矩；二是自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動——自旋磁矩；所有電子的軌道磁矩與自旋磁矩的矢量和是這個分子的磁矩，稱為分子磁矩。8.6.1磁介質(zhì)及其磁化8.6磁介質(zhì)磁化過程(C)12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心1.磁介質(zhì)在磁場中能夠?qū)Υ艌霎a(chǎn)生影響的物質(zhì)82分子磁矩可以用一個等效圓電流表示，稱為分子電流。3.磁化機(jī)制順磁質(zhì)的磁化分子磁矩不為零的物質(zhì)是順磁質(zhì)，即存在固有磁矩。無外磁場時：由于熱運(yùn)動，分子磁矩取向雜亂無章對外不顯磁性；有外磁場時：分子磁矩受到一個力矩作用，取向趨同與外磁場，二者合成，使介質(zhì)中磁場增強(qiáng)。分子電流假說順磁質(zhì)的磁化12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心分子磁矩可以用一個等效圓電流表示，稱為分子電83抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩為零的物質(zhì)是抗磁質(zhì)，即不存在固有磁矩。無外磁場時：抗磁質(zhì)的分子磁矩為零，對外不顯磁性；有外磁場時：電子在軌道運(yùn)動的同時，產(chǎn)生附加磁矩，取向與外磁場相反，使介質(zhì)中磁場減弱。1、磁化強(qiáng)度（Magnetizationintensity）單位體積分子磁矩的矢量和稱為磁化強(qiáng)度，即是體積內(nèi)的分子磁矩矢量和8.6.2磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度12/12/2022吉林大學(xué)物理教學(xué)中心抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩為零的物質(zhì)是抗磁質(zhì)，即不842、磁場強(qiáng)度（MagneticField）在磁介質(zhì)存在時，介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度由外加磁場和介質(zhì)磁化共同作用，即引入磁場強(qiáng)度：實(shí)驗(yàn)表明，對各向同性非鐵磁介質(zhì)，磁化強(qiáng)度與外場強(qiáng)度（即磁場強(qiáng)度）成比例關(guān)系：分別稱為磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率。稱為介質(zhì)的磁導(dǎo)率12/12/2022