穩(wěn)定磁場(chǎng)-1課件

第七章穩(wěn)定磁場(chǎng)第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1§7.1恒定電流電動(dòng)勢(shì)7-1-1恒定電流和恒定電場(chǎng)電流：大量電荷的定向運(yùn)動(dòng)。⑴導(dǎo)體中存在自由電荷；形成電流的兩個(gè)基本條件：⑵導(dǎo)體中要維持一定的電場(chǎng)。載流子：導(dǎo)體中承載電荷的粒子。S第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1電流強(qiáng)度（I）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一橫截面的電量

。單位：安培導(dǎo)體中通過(guò)任一截面的電流強(qiáng)度不隨時(shí)間變化（I=恒量）。恒定電流（直流電）：電流強(qiáng)度的方向：導(dǎo)體中正電荷的流向。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1維持穩(wěn)定電流的條件是在導(dǎo)體內(nèi)部建立穩(wěn)定電場(chǎng)恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)相同，也遵守靜電場(chǎng)的高斯定理和環(huán)路定理。結(jié)論：產(chǎn)生恒定電場(chǎng)的電荷分布必須不隨時(shí)間變化7-1-2電流密度電流密度：導(dǎo)體中單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于電流方向單位面積的電量為導(dǎo)體中某點(diǎn)處電流密度的大小，的方向?yàn)樵擖c(diǎn)正電荷定向漂移的方向。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1載流子濃度n；載流子電量q；載流子漂移速度電流密度矢量：通過(guò)任意曲面的電流強(qiáng)度：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-1-3電源和電動(dòng)勢(shì)+++++++++電源：提供非靜電力的裝置外電路：電源外部的電路，電流從高電勢(shì)向低電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1內(nèi)電路：電源內(nèi)部正、負(fù)兩極之間的電路，電荷克服靜電場(chǎng)力作功，從低電勢(shì)向高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。非靜電場(chǎng)：非靜電力與試驗(yàn)電荷電量的比值電動(dòng)勢(shì)：將單位正電荷沿閉合回路移動(dòng)一周的過(guò)程中，非靜電性電場(chǎng)力所做的功。伏特（V）第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1結(jié)論：電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極時(shí)非靜電性電場(chǎng)力所作的功。電源電動(dòng)勢(shì)的方向：電源內(nèi)部電勢(shì)升高的方向。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1§7.2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度7-2-1磁的基本現(xiàn)象司南勺（1）具有磁性，能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。（2）具有磁極，分磁北極N和磁南極S。（3）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。（4）磁極不能單獨(dú)存在。永磁體的性質(zhì)：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1在磁極區(qū)域，磁性較強(qiáng)磁偏角

地球是一個(gè)巨大的永磁體。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-11820年4月，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特（H.C.Oersted，1777－1851）發(fā)現(xiàn)了小磁針在通電導(dǎo)線周圍受到磁力作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線、載流導(dǎo)線之間或載流線圈之間也有相互作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1

磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)電荷既能產(chǎn)生磁效應(yīng)，也能受磁力的作用。結(jié)論：1821年，安培提出了關(guān)于物質(zhì)磁性的本質(zhì)假說(shuō)：

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。分子電流相當(dāng)于基元磁鐵，物質(zhì)對(duì)外顯示出磁性，取決于物質(zhì)中分子電流對(duì)外界的磁效應(yīng)的總和。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-2-2磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷穩(wěn)定磁場(chǎng)：磁場(chǎng)分布不會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，一般可由恒定電流激發(fā)而在電流周圍空間產(chǎn)生。反映磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量：磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向：小磁針在場(chǎng)點(diǎn)處時(shí)其N極的指向。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1實(shí)驗(yàn)：（1）點(diǎn)電荷q0以同一速率v沿不同方向運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：4.電荷q0垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，3.電荷q0沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1（2）在垂直于磁場(chǎng)方向改變運(yùn)動(dòng)電荷的速率v，改變點(diǎn)電荷的電量q0。

在磁場(chǎng)中同一場(chǎng)點(diǎn)，F(xiàn)max/q0v為一恒量；在磁場(chǎng)中不同場(chǎng)點(diǎn)，F(xiàn)max/q0v的量值不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：定義磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小：國(guó)際單位：特斯拉（T）常用單位：高斯（G）第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-2-3磁感應(yīng)線1.磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向一致。2.垂直通過(guò)單位面積的磁感應(yīng)線條數(shù)等于該處磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。磁感應(yīng)線（B線）：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1條形磁鐵周圍的磁感應(yīng)線第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1直線電流的磁感應(yīng)線

磁感應(yīng)線為一組環(huán)繞電流的閉合曲線。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1圓電流的磁感應(yīng)線I第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1通電螺線管的磁感應(yīng)線磁感應(yīng)線的特點(diǎn)：1、磁感應(yīng)線是連續(xù)的，不會(huì)相交。2、磁感應(yīng)線是圍繞電流的一組閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)，沒(méi)有終點(diǎn)。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1§7.3畢奧-薩伐爾定律I

畢奧和薩伐爾用實(shí)驗(yàn)的方法證明：長(zhǎng)直載流導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強(qiáng)度與距離成反比與電流強(qiáng)度成正比。7-3-1畢奧-薩伐爾定律第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1畢奧-薩伐爾定律：

電流元在空間任一點(diǎn)P產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與電流元成正比，與距離r的平方成反比，與和電流元到場(chǎng)點(diǎn)P的位矢之間的夾角的正弦成正比。其方向與一致。真空中的磁導(dǎo)率：

o=410-7T·m·A-1P第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-3-2畢奧-薩伐爾定律的應(yīng)用

任意線電流在場(chǎng)點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B等于構(gòu)成線電流的所有電流元單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度之矢量和。磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-11.載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)一載流長(zhǎng)直導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I，導(dǎo)線兩端到P點(diǎn)的連線與導(dǎo)線的夾角分別為1和2

。求距導(dǎo)線為a處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。oPaxdBxr第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線：1=0,2=半無(wú)限長(zhǎng)載流導(dǎo)線：1=0,2=/2aB第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1RxoP2.圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng)載流圓線圈半徑為R，電流強(qiáng)度為I。求軸線上距圓心o為x處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1圓心：（當(dāng)x=0時(shí)）場(chǎng)點(diǎn)P遠(yuǎn)離圓電流（x＞＞R）時(shí)：

為圓電流的面積第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1磁矩：面積的正法線方向與環(huán)電流的流向成右手螺旋關(guān)系，其單位矢量用表示。IN匝環(huán)電流的磁矩：環(huán)電流的磁感應(yīng)強(qiáng)度：磁偶極子磁偶極磁場(chǎng)：圓電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-13.載流密繞直螺線管內(nèi)部軸線上的磁場(chǎng)xrORx螺線管半徑為R；導(dǎo)線中電流為I；單位長(zhǎng)度線圈匝數(shù)n在螺線管上的x處截取一小段第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1xrORx無(wú)限長(zhǎng)螺線管：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1例1.

在玻爾的氫原子模型中，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)圓電流，具有相應(yīng)的磁矩（稱為軌道磁矩）。求軌道磁矩與軌道角動(dòng)量之間的關(guān)系。解：設(shè)電子的軌道半徑為r，每秒轉(zhuǎn)速為ν。圓電流面積：電流強(qiáng)度：電子角動(dòng)量：磁矩：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1oyxIPba例2.無(wú)限長(zhǎng)載流平板，寬度為a，電流強(qiáng)度為I。求正上方處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：dBdBxdByrxdxdI第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1根據(jù)對(duì)稱性：By=0oyxIPbadBdBxdByrxdxdI第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1PxxR例5.

半徑為R的圓盤(pán)均勻帶電，電荷密度為。若該圓盤(pán)以角速度繞圓心o旋轉(zhuǎn)，求軸線上距圓心x處的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁矩。解：drrdB第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1磁矩：第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-3-3運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)Idl++++++vIS第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1運(yùn)動(dòng)電荷的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式：+v-vrr第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1§7.4磁場(chǎng)中的高斯定理7-4-1磁通量磁通量Φm：通過(guò)磁場(chǎng)中某一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)。單位：“韋伯”（Wb）第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-17-4-2磁場(chǎng)中的高斯定理

在磁場(chǎng)中通過(guò)任意閉合曲面的磁感應(yīng)強(qiáng)度通量等于零。取曲面外法線方向?yàn)檎?。?章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1§7.5安培環(huán)路定理7-5-1安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理：

在真空中穩(wěn)定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑L的線積分等于被此閉合路徑所包圍并穿過(guò)的電流的代數(shù)和的倍，而與路徑的形狀和大小無(wú)關(guān)。第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1注意：1.安培環(huán)路定理表達(dá)式中的電流強(qiáng)度是指閉合曲線所包圍，并穿過(guò)的電流強(qiáng)度，不包括閉合曲線以外的電流。2.安培環(huán)路定理表達(dá)式中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是閉合曲線內(nèi)外所有電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。3.電流的符號(hào)規(guī)定：當(dāng)電流方向與積分路徑的繞行方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系時(shí)電流為正，反之為負(fù)。I1I2I3I4L第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1無(wú)限長(zhǎng)直載流導(dǎo)線驗(yàn)證安培環(huán)路定理：1.電流穿過(guò)環(huán)路IL第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-12.多根載流導(dǎo)線穿過(guò)環(huán)路第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1（3）電流在環(huán)路之外L1IL2AB第7章-穩(wěn)定磁場(chǎng)-1