静电场与稳恒电场ppt课件

1、一、电流一、电流14.1 电流和电流密度电流和电流密度 dtdqI 电流电流 大量电荷有规那么的定向运动构成电流大量电荷有规那么的定向运动构成电流。方向：规定为正电荷运动方向。方向：规定为正电荷运动方向。大小：大小：单位单位SI：安培：安培A电流强度电流强度 单位时间内经过某截面的电量。单位时间内经过某截面的电量。二、电流密度二、电流密度不同外形导体的电流线不同外形导体的电流线电流密度电流密度:dSdIJ单位体积内单位体积内的载流子数的载流子数目为目为n载流子载流子平均速平均速率为率为取一个垂直于场强方向的微小截面取一个垂直于场强方向的微小截面dS每秒内经过截面每秒内经过截面 的电量为的电量为

2、dSndSq过截面过截面 的电流强度：的电流强度： qndSdIdSqnJ 电流密度公式推导：电流密度公式推导：dSdSdIJ三、电流密度和电流强度的关系三、电流密度和电流强度的关系SSdJI 穿过某截面的电流强度等于经过该面的电流穿过某截面的电流强度等于经过该面的电流密度的通量。密度的通量。电流强度是电流密度的通量。电流强度是电流密度的通量。 dSdIdSJdSdIdSdIJSdJdI四、电流的延续性方程四、电流的延续性方程SSdJIdtdqSdJS电流的延续性方程电流的延续性方程单位时间内从封锁面内向外流出的正电荷的电量。单位时间内从封锁面内向外流出的正电荷的电量。五、稳恒电场五、稳恒电场

3、dtdqSdJS电流的延续性方程电流的延续性方程恒定电流：导体内各处的电流密度都不随时间变化恒定电流：导体内各处的电流密度都不随时间变化对恒定电流有：对恒定电流有：0SSdJ在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改动。不随时间改动的电荷分布产生不随时间改动的动。不随时间改动的电荷分布产生不随时间改动的电场，这种电场称恒定电场。电场，这种电场称恒定电场。电荷分布不随时间改动电荷分布不随时间改动但伴随着电荷的定向挪动但伴随着电荷的定向挪动电场有保守性，它是电场有保守性，它是保守场，或有势场保守场，或有势场产生电场的电荷一直产生电场的电荷一直固定不动固

4、定不动电场有保守性，它是电场有保守性，它是保守场，或有势场保守场，或有势场静电平衡时，导体内电静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体场为零，导体是等势体导体内电场不为零，导导体内电场不为零，导体内恣意两点不等势体内恣意两点不等势维持静电场不需求维持静电场不需求能量的转换能量的转换稳恒电场的存在总要稳恒电场的存在总要伴随着能量的转换伴随着能量的转换14.2 14.2 电流的一种经典微观图像电流的一种经典微观图像设导体内有电场E每个自在电子受力Eef加速度mEea一、欧姆定律的微分方式一、欧姆定律的微分方式下次碰撞前的定向速度Emea有EmneJ2由neJ iiitmeE0某次碰撞某次碰撞下一次

5、碰撞下一次碰撞ii0it12mne定义电导率：定义电导率：EJ每次碰撞后瞬间平均而言，00i定向速度为零设两次碰撞间电子平均自在飞行时间为SIlUJEJSI lSUUlSRUI 欧姆定律欧姆定律SEEJlUE 1RSl14.3 14.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电力静电力运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷磁力磁力磁力景象：磁力景象：1.永磁体同极相斥，异极相吸永磁体同极相斥，异极相吸磁铁磁铁磁铁磁铁SNSN2.磁体对电流的作用磁体对电流的作用3.奥斯特实验奥斯特实验磁体磁体电流电流电流电流磁体磁体电流电流磁体磁体4.磁体对运动电荷的作用磁体对运动电荷的作

6、用电子束电子束NS+FF I5.平行电流间的相互作用平行电流间的相互作用磁体磁体运动电荷运动电荷电流电流电流电流磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁磁铁电流电流运动的电荷运动的电荷电流电流电流电流磁铁磁铁运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷 运动电荷之间相互作用的表现运动电荷之间相互作用的表现磁力：磁力：磁景象的电本质磁景象的电本质安培指出：安培指出：nINS天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。分子电流分子电流电荷的运动是一切磁景象的根源。电荷的运动是一切磁景象的根源。运动电荷运动电荷磁场磁场对运动电荷有磁力作用对运动电荷有磁力作用磁磁 场场14.4 14.

7、4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度运动电荷磁铁、电流在其周围空间存在磁场运动电荷磁铁、电流在其周围空间存在磁场运动的电荷运动的电荷运动的电荷运动的电荷磁场磁场静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷静电场静电场一、磁场概念的引入一、磁场概念的引入运动电荷运动电荷电场电场磁场磁场0qFE二、磁感应强度二、磁感应强度Vq1.当点电荷沿某方向运动时，它当点电荷沿某方向运动时，它不受磁场力作用不受磁场力作用 磁场方向磁场方向2.当点电荷垂直于磁场方向运动当点电荷垂直于磁场方向运动时，它所受的磁场力最大，用时，它所受的磁场力最大，用 表示表示 maxF但对磁场中某一指定点而言，但对磁场中某一指定点而言， 与与

8、 比值比值 是一是一 个与个与 和和 的大小都无关的恒量，的大小都无关的恒量， 这恒量仅与磁场在这恒量仅与磁场在该点的性质有关。该点的性质有关。maxF0maxqF0q0maxqFB 定义磁感应强度定义磁感应强度B为为磁感应强度磁感应强度B: 0maxqFB 磁感应强度磁感应强度B具有叠加的性质具有叠加的性质iBBGT4101 ( (高斯高斯) )方向方向: : 小磁针在该点的小磁针在该点的N N极指向极指向单位单位: T(: T(特斯拉特斯拉) )大小大小: :B三、磁感线三、磁感线方向：切线方向：切线大小：大小： dSdBmaaBbbBccBI直线电流的磁感线直线电流的磁感线圆电流的磁感线

9、圆电流的磁感线I通电螺线管的磁感线通电螺线管的磁感线II1 1、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭合电路相互套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头合电路相互套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头无尾的闭合回线。无尾的闭合回线。2 2、恣意两条磁感线在空间不相交。、恣意两条磁感线在空间不相交。S SBSm dScosBSdBm dScosBSdBm SBn ndS S磁通量磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数BBB cosBSSBm ndS 在均匀磁场中在均匀磁场中,以周界为以周界为L的同一平面上张有如图的同一平面

10、上张有如图A、B、C、D所示的四种外形的不同曲所示的四种外形的不同曲 面面,那么穿过每个那么穿过每个曲面的总磁通量曲面的总磁通量 为为 经过经过 B图曲面的图曲面的 最大最大 B. 经过经过 D图曲面的图曲面的 最最大大 C. 经过经过 C图曲面的图曲面的 最最大大 D. 经过四个曲面的经过四个曲面的 一一样样mmmmm四、磁场中的高斯定四、磁场中的高斯定理理0 SdB穿过恣意闭合曲面的磁通量为零穿过恣意闭合曲面的磁通量为零SB SdBm磁场是无源场。磁场是无源场。洛仑兹力洛仑兹力Bvqfm 运动电荷在磁场中所受的磁场力运动电荷在磁场中所受的磁场力VqBvqEqF电场力电场力磁场力磁场力洛仑兹

11、力公式洛仑兹力公式力与速度方向垂直。不能改动速度大小，只能改动速度方向。力与速度方向垂直。不能改动速度大小，只能改动速度方向。14.5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动 BBvqf 平行或反平行平行或反平行与与Bv)1(0 fcv 粒子做直线运动粒子做直线运动垂垂直直与与Bv)2(qvBf 粒子做匀速圆周运动粒子做匀速圆周运动RvmqvB2 qBmvR qBmvRT 22 Bfvq空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如下图空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如下图.今有一个粒子今有一个粒子a可以沿竖直方向穿过该空间可以沿竖直方向穿过该空间,那么那么 a必带正电必带正电B.

12、a必带负电必带负电C. a必不带电必不带电D.不能断定不能断定a能否带电能否带电图示为一均匀磁场图示为一均匀磁场,其分布范围为其分布范围为x = 0到到 x = , y =的的空间一个电量为正空间一个电量为正q、质量为、质量为m的粒子的粒子,以速度以速度v 从从 x = 0,y = 0,沿沿x正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后,逸出磁逸出磁场处的坐标为场处的坐标为 qBmyxDqBmyxCqBmyxBqBmyxA2, 0., 0.2, 0., 0.习题习题14.9 北京正负电子对撞机中电子在周长为北京正负电子对撞机中电子在周长为240m的的储存环中作轨道运

13、动。知电子的动量是储存环中作轨道运动。知电子的动量是 求：偏转磁场的磁感应强度。求：偏转磁场的磁感应强度。smkg/1049. 118qBmvR eRpB )2(240106 . 11049. 11918T244. 0习题习题14.6 如图，一电子经过如图，一电子经过A点时，具有速率点时，具有速率1欲使这电子沿半圆自欲使这电子沿半圆自A至至C运动，试求所需的磁场运动，试求所需的磁场大小和方大小和方向向0ACcm10RmBe200eRmB0(2)求电子自求电子自A运动到运动到C所需的时间。所需的时间。2Tt 0221RqBmvTvTvdcos2cos/角角成成与与 Bv)3(/v vvB cos

14、/vv sinvv qBmvR qBmv sin qBmT2螺距螺距 d：磁聚焦磁聚焦极光极光范艾伦辐射带范艾伦辐射带极光的构成极光的构成Zy14.614.6霍耳效应霍耳效应厚度厚度b,宽为宽为h的导电薄片，沿的导电薄片，沿-x轴通有电流强度轴通有电流强度I，当，当在在y轴方向加以匀强磁场轴方向加以匀强磁场B时，在导电薄片两侧时，在导电薄片两侧),(AA产生一电位差产生一电位差HU，这一景象称为霍耳效应，这一景象称为霍耳效应IhbBBAA xIIbIBRUHH RH-霍耳系数霍耳系数+IbBxZyhBIAA Iq0Bvqf 洛洛IBxZyhBIAA + ef洛fIHeEqf HEbvBEffH

15、e 洛洛0 合合FnqvhbI nqbIBUHbIBRUHH hEUHHBh霍耳效应的运用霍耳效应的运用bIBnqUH1 2、根据霍耳系数的大小的测定，、根据霍耳系数的大小的测定， 可以确定载流子的浓度可以确定载流子的浓度n型半导体载流子为电子型半导体载流子为电子p型半导体载流子为带正电的空穴型半导体载流子为带正电的空穴1、确定半导体的类型、确定半导体的类型 霍耳效应已在丈量技术、电子技术、计算技霍耳效应已在丈量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的运用。术等各个领域中得到越来越普遍的运用。3、可以经过霍尔电压来丈量磁场、可以经过霍尔电压来丈量磁场B14.7 14.7 载流导线在

16、磁场中受的力和力矩载流导线在磁场中受的力和力矩每个载流子受力：每个载流子受力：BvqndlS在在 段中共有载流子数目：段中共有载流子数目：dl这些载流子受力的总和：这些载流子受力的总和：BvndlSqdFBlnvSqddFnvSqI BlIddF一、一、 安培定律安培定律安培力：电流元在磁场中遭到的磁力安培力：电流元在磁场中遭到的磁力BlIdFd sinIdlBdF )B, lIdarcsin( 方向判别方向判别 右手螺旋右手螺旋 LBlIdFdF载流导线遭到的磁力载流导线遭到的磁力大小大小平行平行z 轴有一长为轴有一长为L的载流直导线的载流直导线, 电流为电流为I , 该导线处在该导线处在一均匀磁场一均匀磁场B中中,沿三个坐标轴的分量分别为沿三个坐标轴的分量分别为Bx , By