稳恒磁场详解演示文稿

稳恒磁场详解演示文稿1第一页，共六十九页。优选稳恒磁场2第二页，共六十九页。§6.1电流电动势一、电流、电流密度带电粒子的定向运动形成电流。方向规定：正电荷运动方向1.电流强度：2.电流密度:描述导体内各点的电流分布情况3第三页，共六十九页。I定义：电流密度方向：单位：A·m－2若dS的法线与

成角,则通过dS的电流4第四页，共六十九页。二、电动势5第五页，共六十九页。１.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AB用电器非静电力: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，记作Fk。6第六页，共六十九页。非静电场强:表示单位正电荷受到的非静电力电源:

能够提供非静电力的装置２.电源电动势

定义: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

.方向:7第七页，共六十九页。用非静电场强定义电源电动势如果对整个回路进行积分，即非静电场强场的环流。这时电动势的方向与回路中电流的方向一致。8第八页，共六十九页。§6.2磁场磁感应强度一、基本磁现象1.自然磁现象同极相斥,异极相吸天然磁石SNSN磁极和电荷的基本区别：磁铁的两个磁极不能独立存在2.电流的磁效应1819－1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现电流的磁效应9第九页，共六十九页。ISN磁现象与运动电荷之间有着密切的联系。

1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起源NS电荷的运动是一切磁现象的根源。10第十页，共六十九页。二、磁感应强度电流(或磁铁)

磁场

电流(或磁铁)1.磁场

运动电荷(电流)激发磁场。同时也激发电场。磁场对外的重要表现为：(1)磁场对运动电荷(电流)有磁力作用(2)磁力作功，表明磁场具有能量。2.磁感应强度磁矩:Ipmpm与I组成右螺旋试验线圈11第十一页，共六十九页。磁场方向:规定线圈在稳定平衡位置时的磁矩的方向磁感应强度的大小:当实验线圈从平衡位置转过900时，线圈所受磁力矩为最大,且单位:

1特斯拉＝104高斯（1T＝104GS）12第十二页，共六十九页。三、磁场中的高斯定理1.磁力线磁力线切线方向为该点磁场方向。定量地描述磁场强弱,B大小定义为：13第十三页，共六十九页。I直线电流磁力线I圆电流磁力线I通电螺线管磁力线(1)磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，磁场是涡旋场。(2)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14第十四页，共六十九页。2.磁通量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Φm表示。S3.磁场中的高斯定理穿过任意闭合曲面的磁通量为零(1)磁力线是无头无尾的闭合曲线，(2)磁场是无源场(无磁单极存在)15第十五页，共六十九页。四、毕奥—萨伐尔定律1.稳恒电流的磁场电流元IpdB的方向毕奥---沙伐尔定律16第十六页，共六十九页。对一段载流导线若=0或，则dB=0，即电流元不在自身方向上激发磁场。若=/2，则dB最大(其它因素不变下)2.运动电荷的磁场电流的微观形式I17第十七页，共六十九页。若载流子的数密度为n，电量为q，运动速度为u，则电流元Idl中载流子(运动电荷)有dN个毕奥－沙伐尔定律的微观形式18第十八页，共六十九页。qpp19第十九页，共六十九页。五、毕奥－萨伐尔定律的应用1.载流直导线的磁场xyz0已知：真空中I、1、2、a取电流元Idl,如图P所有电流元在P点产生的磁感应强度的方向相同设0P=a,则:20第二十页，共六十九页。关于角的有关规定以OP为起始线,角增加的方向与电流方向相同，则为正，反之，则为负。p0p0p021第二十一页，共六十九页。无限长电流的磁场半无限长电流的磁场直导线延长线上电流的磁场22第二十二页，共六十九页。2.圆弧形电流在圆心产生的磁场

已知:R、I，圆心角为θ，求在圆心O点的磁感应强度.任取电流元θrR方向：右手螺旋法则圆电流中心的磁场1/n圆电流的中心的磁场23第二十三页，共六十九页。§6.3安培环路定理一、安培环路定理在静电场中在稳恒磁场中IL1.任意积分回路24第二十四页，共六十九页。2.积分回路不环绕电流AB25第二十五页，共六十九页。3.积分回路环绕多个载流导线I4I5I1I2I3若电流流向与积分环路构成右手螺旋，I取正值；反之，I取负值.26第二十六页，共六十九页。在真空中的稳恒磁场中，磁感应强度B沿任意闭合曲线的积分(环流)，等于该闭合曲线所环绕的电流的代数和的0倍.称为磁场中的安培环路定理说明：(1)B是dl处的总磁场(2)只适用于稳恒电流(闭合或延伸到∞)I1>0I2<0LS(3)右螺旋关系确定I内i的正、负；(4)说明磁场是非保守场，有旋场。27第二十七页，共六十九页。二、安培环路定理的应用求磁感应强度1.

分析磁场分布的对称性。2.

选择一个合适的积分回路4.

再由求得B3.

计算闭合回路中包围的电流28第二十八页，共六十九页。1.无限长圆柱载流导体的磁场分布圆柱体半径R，电流为II分析对称性

电流分布——轴对称P0prds1ds1磁场分布——轴对称29第二十九页，共六十九页。B的计算取同轴圆周为积分回路IPr>Rr<R30第三十页，共六十九页。讨论：分布曲线BRr0长直载流圆柱面。已知：I、RrROB31第三十一页，共六十九页。2.长直载流螺线管内的磁场分布

已知：I、n(单位长度导线匝数)对称性分析：管内为均匀场,方向与螺线管轴线平行.管的外面，磁场强度忽略不计.B的大小的计算:作矩形环路abcd,如图abcd32第三十二页，共六十九页。3.载流环形螺线管内的磁场分布已知：I、R1、R2,

N导线总匝数分析对称性磁力线分布如图0作积分回路如图方向右手螺旋计算环流利用安培环路定理求33第三十三页，共六十九页。BrO说明：①B是所有电流共同产生的环路外部的电流只是对积分∮LB·dl无贡献.②当B无对称性时，安培环路定理仍成立只是此时因B不能提出积分号外，利用安培环路定理已不能求解B，必须利用毕奥－萨伐尔定律及叠加原理求解.34第三十四页，共六十九页。§6.4磁场对载流导线的作用一、安培定律安培首先通过实验发现：在磁场中任一点处，电流元Idl所受的磁力为大小:方向:积分形式

35第三十五页，共六十九页。载流直导线在均匀磁场中所受的安培力取电流元受力方向力大小积分36第三十六页，共六十九页。37第三十七页，共六十九页。二、无限长两平行载流直导线间的相互作用力

C、D两导线的距离为a。电流方向相同I1I2aCDI2dl2I1dl1B2df1B1df238第三十八页，共六十九页。单位长度载流导线所受力为电流的单位安培可定义如下：在真空中相距1m的两条无限长平行导线中通以相等的电流，若每米长度导线受到的磁力为2×10－7N，则导线中的电流定义为1A.

39第三十九页，共六十九页。解：例：求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流导线ab的作用力。已知：I1、I2、d、LLxdba40第四十页，共六十九页。三、磁场对载流线圈的作用匀强磁场对平面载流线圈的作用dabc设ab=cd=l2,

ad=bc=l1

pm与B夹角为da边:bc边:ab边:cd边:41第四十一页，共六十九页。线圈在均匀磁场受合力f2和f/2产生一力偶矩jqf2f2/42第四十二页，共六十九页。说明:(1)M＝0稳定平衡(2)M＝0非稳定平衡(3)⊙43第四十三页，共六十九页。四、磁力的功1.磁力对载流导线做功设一均匀磁场B，ab长为l，电流IbdacIFa/b/在匀强磁场中当电流不变时，功等于电流乘以回路面积内磁通量的增量44第四十四页，共六十九页。2.载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功M作功，使减少45第四十五页，共六十九页。例：一半径为R的半圆形闭合线圈，通有电流I，线圈放在均匀外磁场B中，B的方向与线圈平面成300角，如右图，设线圈有N匝，问：（1）线圈的磁矩是多少？（2）此时线圈所受力矩的大小和方向？（3）图示位置转至平衡位置时，磁力矩作功是多少？解：（1）线圈的磁矩pm的方向与B成600夹角（2）线圈所受力矩为46第四十六页，共六十九页。大小为:方向为垂直于B的方向向上。（3）磁力矩作功为磁力矩作正功47第四十七页，共六十九页。静电场稳恒磁场磁场没有保守性，它是非保守场，或无势场电场有保守性，它是保守场，或有势场电力线起于正电荷、止于负电荷。静电场是有源场磁力线闭合、无自由磁荷磁场是无源场48第四十八页，共六十九页。§6.5磁场对运动电荷的作用一、洛伦兹力荷兰物理学家洛仑兹从实验总结出运动电荷所受到的磁场力其大小和方向可用下式表示安培力的微观本质是运动电荷受到的磁场力的集体宏观表现因此,49第四十九页，共六十九页。注意:(1)fm⊥(u,B)所组成的平面。

fm对运动电荷不做功.(2)关于正负电荷受力方向(3)电荷在电场和磁场运动时，受的合力：电场力磁场力——洛仑兹关系式50第五十页，共六十九页。二、带电粒子在匀强磁场中的运动(忽略重力)1.粒子速度2.粒子速度u0fm=qu0B回转半径回转周期回转频率51第五十一页，共六十九页。3.粒子速度与成θ角θ回转半径

回转周期螺距52第五十二页，共六十九页。霍耳效应三、霍耳效应53第五十三页，共六十九页。1879年，年仅24岁的美国物理学家霍耳首先发现，在匀强磁场中，宽度为b，厚度为d片状金属导体，当通有与磁感应强度B的方向垂直的电流I时，在金属片两侧出现电势差UH，，如图示，此种效应称为霍耳效应，电势差UH称为霍耳电势差BIU1U2dbRH---霍耳系数实验表明：UH与导体块的宽度b无关54第五十四页，共六十九页。带负电的载流子的金属导体为例IMN霍耳系数的微观解释

附加电场EH:平衡时电流强度为55第五十五页，共六十九页。说明:(1)e<0时，kH<0,(2)e>0时，kH>0,(3)kH与载流子浓度n成反比：半导体中霍耳效应比金属中显著。56第五十六页，共六十九页。§6.6磁介质一、磁介质的分类

凡是能影响磁场的物质叫磁介质。物质受到磁场的作用产生磁性的现象叫磁化。总磁场:相对磁导率三类磁介质顺磁质：

r

>1如:锰、镉、铝等。抗磁质：r<1如:金、银、铜等铁磁质：r>>1如铁、钴、镍及其合金等。57第五十七页，共六十九页。二、抗磁质与顺磁质的磁化电子轨道磁矩电子自旋磁矩分子磁矩pm分等效分子电流i分i分S分1.顺磁质及其磁化分子的固有磁矩不为零无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。58第五十八页，共六十九页。有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。59第五十九页，共六十九页。2.抗磁质及其磁化抗磁质分子固有磁矩无外磁场时在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子轨道磁矩电子自旋磁矩与外磁场方向反向电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。抗磁性是一切磁介质共同具有的特性。60第六十页，共六十九页。3.电子的进动产生附加磁矩以电子的轨道运动的经典模型解释M⊙电子受的磁力矩电子轨道角动量增量L旋进，附加的角动量L*它引起的磁矩反平行于→削弱磁场，抗磁。61第六十一页，共六十九页。M