物理学-稳恒磁场课件

第四章(真空中)稳恒电流的磁场magnetic

1820年奥斯特磁针的一跳§1基本磁现象field电流的磁效应法国物理学家迅速行动阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间

说明科学家的锲而不舍的精神1820年奥斯特磁针的一跳§1基本磁现象field电§2磁场磁感强度一.磁场电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：对运动电荷(或电流)有力的作用磁场有能量二.磁感强度运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式§2磁场磁感强度洛仑兹力公式电场力，与电荷的运动状态无关磁场力，运动电荷才受磁力洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是相对论不变式磁感强度(MagneticInduction)或称磁通密度(magneticfluxdensity)单位：特斯拉(T)电场力，与电荷的运动状态无关磁场力，运动电荷才受磁力洛仑无头无尾闭合曲线§3磁力线磁通量磁场的高斯定理一.磁力线1.典型电流的磁力线2.磁力线的性质二.磁通量单位：韦伯(Wb)与电流套连与电流成右手螺旋关系无头无尾闭合曲线§3磁力线磁通量磁场的三.磁通连续原理（磁场的高斯定理）§4毕－萨－拉定律及应用一.毕萨拉定律电流元currentelement微分形式无源场真空中的磁导率三.磁通连续原理（磁场的高斯定理）§4毕－萨－拉定律及应例1求圆电流中心的磁感强度解：任取电流元在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外大小为各电流元的磁场方向相同大小直接相加H/m例1求圆电流中心的磁感强度解：任取电流元在场点O的磁感强例2平面载流线圈的磁矩磁偶极子平面载流线圈[magnetic(dipole)moment]定义平面载流线圈的磁矩如果场点距平面线圈的距离>>平面线圈的平均线度则称为磁偶极子磁偶极矩例2平面载流线圈的磁矩磁偶极子平面载流线圈[magn电偶极子磁偶极子电偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同-+电偶极子电偶极矩场量的表达形式相同-+例3直电流磁场的特点1)场点在直电流延长线上2)长直载流导线中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线则有必然结果例3直电流磁场的特点2)长直载流导线中垂线上一点各电流§5安培环路定理及应用一.定理表述在恒定磁场中，磁感强度

沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的倍。§5安培环路定理及应用沿任一闭合环路的线积分，等于穿倍。空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向L上的任一线元与L套连的电流如图示的代数和与L绕行方向成右螺电流取正如图示的电流取正取负电流分布空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方二.安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路L，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。)例1求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为N总长为通过稳恒电流电流强度为分析对称性知内部场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系二.安培环路定理在解场方面的应用总匝数为N总长为分析对由磁通连续原理可得>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda由安培环路定理均匀场由磁通连续原理可得>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路ab由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线密绕螺绕环无限大均匀载流平面匝数场点距中心的距离(面)电流的(线)密度由安培环路定理可解一些典型的场匝数场点距中心的距离(面)电流电流密度(体)电流的(面)密度如图电流强度为I的电流通过截面S若均匀通过电流密度为(面)电流的(线)密度如图电流强度为I的电流通过截线若均匀通过则电流密度(体)电流的(面)密度若均匀通过电流密度为§6磁力及其应用一.带电粒子在磁场中受力1.洛仑兹力2.应用之一霍耳效应金属导体1879年美国物理学家霍耳发现：对应图中沿Z方向有电势差§6磁力及其应用2.应用之一霍耳效应金属导体1霍耳效应金属导体实验测定霍耳电势差霍耳系数可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：判定导电机制测量未知磁感强度霍耳效应金属导体实验测定霍耳电势差霍耳系数可以用带电粒子在磁二.载流导线在磁场中受力1.安培力公式怎么计算电流受到的磁场力？安培指出任意电流元受力为整个电流受力安培力公式二.载流导线在磁场中受力怎么计算电流受到的磁场力？整个电流例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30°，求此段圆弧电流受的磁力。=30°解：在电流上任取电流元场均匀方向例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，例2如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流强度均为I求：相互作用力解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？)例2如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流2.载流线圈在均匀磁场中合力力矩3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量与静电场对比2.载流线圈在均匀磁场中3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量与第四章完本章编者：刘凤英李钟泽第四章完第五章物质中的稳恒磁场介质的相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质§1磁介质及其分类一.磁介质的分类介质对场有影响总场是类比电介质中的电场传导电流产生与介质有关的电流产生定义>>在介质均匀充满磁场的情况下第五章物质中的稳恒磁场介质的相对磁导率顺磁质§1磁介质及二.磁介质的磁化磁化电流1.分子电流分子磁矩磁偶极子每个分子等效一个圆电流顺磁质抗磁质磁畴轨道角动量对应的磁矩自旋角动量对应的磁矩铁磁质二.磁介质的磁化磁化电流顺磁质磁畴轨道角动量对应的磁2.磁化的微观解释1)顺磁性方向与方向相同2)抗磁性分子中电子轨道角动量的旋进电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内轨道角动量绕磁场旋进电子附加一个与磁感强度相反的磁矩2.磁化的微观解释方向与方向相同2)抗磁性电子轨道磁矩3.磁化电流由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子电流，如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。均匀磁场螺线管截面3.磁化电流均匀磁场螺线管截面三.磁化强度1.磁化强度2.磁化强度与磁化电流的关系以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例可以证明类比电介质^^三.磁化强度以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例可以证明类§2磁场强度一.有介质时的环路定理二.三者的关系普遍特殊各向同性代入§2磁场强度二.三者的关系普遍特殊代入§3铁磁质一.铁磁质的宏观性质1.可使原场大幅度增加2.与磁化历史有关B-H

非线性3.磁滞现象4.居里温度二.铁磁性起因量子理论磁畴§3铁磁质1.可使原场大幅度增加2.第四章(真空中)稳恒电流的磁场magnetic

1820年奥斯特磁针的一跳§1基本磁现象field电流的磁效应法国物理学家迅速行动阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间

说明科学家的锲而不舍的精神1820年奥斯特磁针的一跳§1基本磁现象field电§2磁场磁感强度一.磁场电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：对运动电荷(或电流)有力的作用磁场有能量二.磁感强度运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式§2磁场磁感强度洛仑兹力公式电场力，与电荷的运动状态无关磁场力，运动电荷才受磁力洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是相对论不变式磁感强度(MagneticInduction)或称磁通密度(magneticfluxdensity)单位：特斯拉(T)电场力，与电荷的运动状态无关磁场力，运动电荷才受磁力洛仑无头无尾闭合曲线§3磁力线磁通量磁场的高斯定理一.磁力线1.典型电流的磁力线2.磁力线的性质二.磁通量单位：韦伯(Wb)与电流套连与电流成右手螺旋关系无头无尾闭合曲线§3磁力线磁通量磁场的三.磁通连续原理（磁场的高斯定理）§4毕－萨－拉定律及应用一.毕萨拉定律电流元currentelement微分形式无源场真空中的磁导率三.磁通连续原理（磁场的高斯定理）§4毕－萨－拉定律及应例1求圆电流中心的磁感强度解：任取电流元在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外大小为各电流元的磁场方向相同大小直接相加H/m例1求圆电流中心的磁感强度解：任取电流元在场点O的磁感强例2平面载流线圈的磁矩磁偶极子平面载流线圈[magnetic(dipole)moment]定义平面载流线圈的磁矩如果场点距平面线圈的距离>>平面线圈的平均线度则称为磁偶极子磁偶极矩例2平面载流线圈的磁矩磁偶极子平面载流线圈[magn电偶极子磁偶极子电偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同-+电偶极子电偶极矩场量的表达形式相同-+例3直电流磁场的特点1)场点在直电流延长线上2)长直载流导线中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线则有必然结果例3直电流磁场的特点2)长直载流导线中垂线上一点各电流§5安培环路定理及应用一.定理表述在恒定磁场中，磁感强度

沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的倍。§5安培环路定理及应用沿任一闭合环路的线积分，等于穿倍。空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向L上的任一线元与L套连的电流如图示的代数和与L绕行方向成右螺电流取正如图示的电流取正取负电流分布空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方二.安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路L，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。)例1求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为N总长为通过稳恒电流电流强度为分析对称性知内部场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系二.安培环路定理在解场方面的应用总匝数为N总长为分析对由磁通连续原理可得>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda由安培环路定理均匀场由磁通连续原理可得>>取过场点的每个边都相当小的矩形环路ab由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线密绕螺绕环无限大均匀载流平面匝数场点距中心的距离(面)电流的(线)密度由安培环路定理可解一些典型的场匝数场点距中心的距离(面)电流电流密度(体)电流的(面)密度如图电流强度为I的电流通过截面S若均匀通过电流密度为(面)电流的(线)密度如图电流强度为I的电流通过截线若均匀通过则电流密度(体)电流的(面)密度若均匀通过电流密度为§6磁力及其应用一.带电粒子在磁场中受力1.洛仑兹力2.应用之一霍耳效应金属导体1879年美国物理学家霍耳发现：对应图中沿Z方向有电势差§6磁力及其应用2.应用之一霍耳效应金属导体1霍耳效应金属导体实验测定霍耳电势差霍耳系数可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：判定导电机制测量未知磁感强度霍耳效应金属导体实验测定霍耳电势差霍耳系数可以用带电粒子在磁二.载流导线在磁场中受力1.安培力公式怎么计算电流受到的磁场力？安培指出任意电流元受力为整个电流受力安培力公式二.载流导线在磁场中受力怎么计算电流受到的磁场力？整个电流例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30°，求此段圆弧电流受的磁力。=30°解：在电流上任取电流元场均匀方向例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，例2如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流强度均为I求：相互作用力解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？)例2如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流2.载流线圈在均匀磁场中合力力矩3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量与静电场对比2.载流线圈在均匀磁场中3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量与第四章完本章编者：刘凤英李钟泽第四章完第五章物质中的稳恒磁场介质的相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质§1磁介质及其分类一.磁介质的分类介质对场有影响总场是类比电介质中的电场传导电流产生与介质有关的电流产生定义>>在介质均匀充满磁场的情况下第五章