电流、电动势、磁场、磁感应强度、磁场中的高斯定理

1、第六章第六章 稳恒磁场稳恒磁场6.1 电流电动势电流电动势6.2 磁场磁感应强度磁场磁感应强度6.3 安培环路定理安培环路定理6.4 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用6.5 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用静电荷静电荷运动电荷运动电荷静电场静电场电场电场, 磁场磁场稳恒磁场稳恒磁场 学习方法：类比法学习方法：类比法稳恒电场稳恒电场稳恒电流稳恒电流6.1 电流电流 电动势电动势一、电流、电流密度带电粒子的定向运动形成电流。带电粒子的定向运动形成电流。 方向方向规定规定：正电荷运动方向正电荷运动方向1.电流强度：电流强度：dtdqI 2.电流密度电流密度: 描述导体内各点的电流分布

2、情况描述导体内各点的电流分布情况dIE dSI定义：定义： 电流密度电流密度ndSdIj方向：方向：E/单位：单位： Am2若若dS的法线的法线 与与 成角成角 ,则则通过通过dS的电流的电流n)(EjdS dS jdSdISdjjdS cos sSdjIjn二、二、 电动势电动势. 非静电力与电源非静电力与电源一段导体内的静电电势差不能维持稳恒电流一段导体内的静电电势差不能维持稳恒电流ABEkE用电器非静电力非静电力: 能把正电荷从电势较低的点（电源负极能把正电荷从电势较低的点（电源负极板）送到电势较高的点（电源正极板）的作用力，板）送到电势较高的点（电源正极板）的作用力，记作记作 Fk 。

3、非静电场强非静电场强:qFEk非 表示单位正电荷受到的非静电力表示单位正电荷受到的非静电力电源电源: 能够提供非静电力的装置能够提供非静电力的装置.电源电动势电源电动势 定义定义:把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，电源中的非静电力所做的功，电源中的非静电力所做的功 .qA 方向方向: 用非静电场强定义电源电动势用非静电场强定义电源电动势 l dEql dFAkk 0ldEk 如果对整个回路进行积分，即非静电场强场的环流如果对整个回路进行积分，即非静电场强场的环流。l dEk 这时电动势的方向与回路中电流的方向一致。这时电动势的方向与回路中电流的方

4、向一致。6.2磁场磁感应强度磁场磁感应强度 一、 基本磁现象1.自然磁现象自然磁现象同极相斥同极相斥,异极相吸异极相吸天然磁石天然磁石SNSN磁极和电荷的基本区别：磁铁的磁极和电荷的基本区别：磁铁的两个磁极不能独立存在两个磁极不能独立存在2.电流的磁效应电流的磁效应 18191820年丹麦物理学家奥斯年丹麦物理学家奥斯特首先发现特首先发现电流的磁效应电流的磁效应ISN磁现象与运动电荷之间有着密切的联系。磁现象与运动电荷之间有着密切的联系。 1822年安培提出了年安培提出了 用用分子电流分子电流来解释磁性起源来解释磁性起源nINS电荷的运动是一切磁现象的根源。电荷的运动是一切磁现象的根源。二、磁

5、感应强度电流电流(或磁铁或磁铁) 磁场磁场 电流电流(或磁铁或磁铁)1.磁场磁场 运动电荷运动电荷(电流电流) 激发磁场。激发磁场。 同时也激发电场。同时也激发电场。磁场对外的重要表现为：磁场对外的重要表现为：(1) 磁场对运动电荷磁场对运动电荷(电流电流)有磁力作用有磁力作用(2) 磁力作功，表明磁场具有能量。磁力作功，表明磁场具有能量。2. 磁感应强度磁感应强度磁矩磁矩:nSIpm Ipmpm与与I组成右螺旋组成右螺旋试验线圈试验线圈 磁场方向磁场方向: 规定线圈在规定线圈在稳定平衡稳定平衡位置时的磁矩的方向位置时的磁矩的方向S mpB 磁感应强度的大小磁感应强度的大小:当实验线圈从平衡位

6、置转过当实验线圈从平衡位置转过90900 0时时，线圈所受磁力矩为最大，线圈所受磁力矩为最大, ,且且mpM maxmpMBmax 单位单位: 1特斯拉特斯拉104高斯高斯（1T104GS）三、磁场中的高斯定理 1.磁力线磁力线 磁力线切线方向为该点磁场方向。磁力线切线方向为该点磁场方向。BaaBbbBccB 定量地描述磁场强弱定量地描述磁场强弱,B大小定义为：大小定义为： SB dSdBmI直线电流磁力线直线电流磁力线I圆电流磁力线圆电流磁力线I通电螺线通电螺线管磁力线管磁力线(1)磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，磁场是磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，磁场是涡旋场。涡旋场。(2) 任意两条磁

7、感应线在空间不相交。任意两条磁感应线在空间不相交。(3)磁感应线方向与电流方向遵守右螺旋法则磁感应线方向与电流方向遵守右螺旋法则2. 磁通量磁通量 穿过磁场中任一曲面的磁感应线条数，称为该曲穿过磁场中任一曲面的磁感应线条数，称为该曲面的磁通量，用符号面的磁通量，用符号m表示。表示。 SBn SdBdm smsdB3.3.磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理 SB smsdB ssdB0穿过穿过任意任意闭合曲面的磁通量为零闭合曲面的磁通量为零(1) 磁力线是无头无尾的闭合曲线，磁力线是无头无尾的闭合曲线，(2) 磁场是无源场磁场是无源场 (无磁单极存在无磁单极存在) 四、毕奥萨伐尔定律 1.1.稳恒

8、电流的磁场稳恒电流的磁场 电流元电流元lIdIplIdrBd2),sin(rrl dIdlkdB ,104170 AmTk 170104 AmT dB 的方向的方向)/(rl dBd 2004rrlIdBd 毕奥毕奥-沙伐尔定律沙伐尔定律对一段载流导线对一段载流导线2004rrlIdBl 若若 =0或或 ，则，则dB=0， 即电流元不在自身方向上激发磁场。即电流元不在自身方向上激发磁场。若若 = /2，则，则dB最大最大 (其它因素不变下其它因素不变下)2.2.运动电荷的磁场运动电荷的磁场电流的微观形式电流的微观形式IdlI 若载流子的数密度为若载流子的数密度为n，电量为，电量为q，运动速度为

9、，运动速度为u u，则则Iu uqns 2004rrl dqnsBd u u 2004rrqnsdl u u 电流元电流元Idl中载流子中载流子(运动电荷运动电荷)有有 dN个个sdlndN dNBdB 2004rdNrnsdlq u u )(2004rrqB u u 毕奥沙伐尔定毕奥沙伐尔定律的微观形式律的微观形式u uBqpru uBpr五、毕奥萨伐尔定律的应用 1.载流直导线的磁场载流直导线的磁场 r xyz0Bd2 1 已知：真空中已知：真空中I、 1、 2、a取电流元取电流元Idl, 如图如图lIdP所有电流元在所有电流元在P点产生的磁点产生的磁感应强度的方向相同感应强度的方向相同

10、204sinBrIdldBll设设0P=a,则则 : cosar cossin atgl 2cosdadl 21cos4coscoscos402220daIadaIBL 120sinsin4 aIB关于角的有关规定关于角的有关规定 以以OP为起始线为起始线, 角增加的方向与电流方向相角增加的方向与电流方向相同，则为正，反之，则为负。同，则为正，反之，则为负。 p0p02 p01 2 无限长无限长电流的磁场电流的磁场 2221 aIB 20 半无限长半无限长电流的磁场电流的磁场2021 aIB 40 直导线延长线上直导线延长线上电流的磁场电流的磁场 ? BIB20sin4rIdldB 0 0 dB0 B2.圆弧形电流在圆心产生的磁场圆弧形电流在圆心产生的磁场 已知已知: R、I，圆心角为圆心角为，求在圆心求在圆心