大学物理 磁场和它的源

磁性：天然磁石或人工磁铁吸收铁(Fe)，

钴(Co)，镍(Ni)的性质。

磁体——具有磁性的物体

永久磁体——长期保持磁性的物体磁极：条形磁铁两端磁性最强的部分在水平面内自由转动的条形磁铁，在平衡时总是指向南北方向的，分别称为磁铁的两极（N、S）。磁力——磁体之间的相互作用，同极相斥，异极相吸基本磁现象第12章磁场和它的源§12、1磁力与电荷的运动SNSN磁铁间的相互作用SN磁性物质1磁性物质2磁场1磁场2+按场论的观点：1.磁场2.奥斯特电流的磁效应实验（1819)科学背景：

17世纪，学者吉尔伯特、库仑等认为电与磁不可能有什么关系奥斯特1735年，一位商人描述：闪电使他的刀叉磁化了；1751年，富兰克林用莱顿瓶放电的方法磁化了一根钢针ISN电流对磁铁的作用奥斯特电流的磁效应实验ISN电流对磁铁的作用I电流对磁铁的作用SNI电流对磁铁的作用SN电流磁性物质磁场按场论的观点：奥斯特实验意味着电流与电流之间的相互作用FFII随后，安培着重研究了电流对电流的作用电流与电流之间的相互作用IIFF+磁场对运动电荷的作用电子束S+磁场对运动电荷的作用N电子束III磁铁究竟是什么？磁性的本质？安培：通电螺线管模拟了一个磁针IIISN一块磁铁，如同一个永恒的环形电流。地球的磁场

脉冲星的辐射：灯塔模型

脉冲星的磁层3.安培分子环流假说天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。电荷的运动是一切磁现象的根源。等效环形电流假说：一切磁现象都起源于电流。在磁性物质分子中，存在着回路电流，称分子电流，它相当于一个基元磁铁。若将这些分子电流定向地排列起来，宏观上显示出N、S极来。分子电流：原子、分子等微观粒子内电子绕核运动和自旋运动形成了分子电流。所有磁现象可归纳为：运动电荷

AA的磁场B的磁场产生作于用产生作于用运动电荷

B+静电荷运动电荷恒

定电流静电场恒定磁场电场磁场

学习方法：类比法§12.2磁场与磁感应强度一、磁现象1、磁铁的现象磁极间存在着磁力N极与S极相互依存而不可分离

2、电流的磁现象3、磁的本源安培分子电流：物质的每个分子都存在着回路电流

--分子电流结论：磁现象的本源是电荷的运动磁现象和电现象的基本区别电流与磁铁之间，以及电流与电流之间都有磁相互作用二、磁场1、磁场的概念：磁场是运动电荷激发或产生的一种物质。2、基本任务：用什么物理量描写磁场运动电荷产生磁场的规律磁场对运动电荷作用的力3、注意电荷间总存在库仑作用只有运动电荷之间才存在磁的相互作用磁场磁铁磁铁电流电流磁场运动电荷运动电荷单位

特斯拉+磁感强度大小

运动电荷在磁场中受洛仑兹力三、磁感强度脉冲星：表面磁场约为108T；某些原子核附近：104T超导磁体：可激发高达25T的磁场；大型磁铁：可激发大于2T的恒定磁场；地球磁场：大约10－4T；室内：10-7-10-6T人体心脏：激发的磁场约为3×10－10T.常见磁场的磁感应强度大小§12.3毕奥—萨伐尔定律一、电流的磁场1、电流元的磁场(毕奥-萨伐尔定律)

2、讨论

电流元在空间某点处磁场的大小

、和三个矢量的方向之间服从右手螺旋法则

μ0为真空的磁导率

对比点电荷的电场和电流元的磁场

磁场叠加原理：载流导线在空间中某点的总磁感强度是所有电流元在该点磁感强度的矢量叠加

电子仪器中常把等值反向电流导体扭绕一起

——减少激发磁场12345678例判断下列各点磁感强度的方向和大小.+++1、5点：3、7点：2、4、6、8点：毕奥—萨伐尔定律二、毕奥-萨伐尔定律的应用计算步骤：任选一段电流元，并标出其到场点

P

的位矢，确定两者的夹角求出电流元在场点P所激发的磁感强度建立坐标系将在坐标系中分解后积分XYrP已知：真空中建立坐标系OXY任取电流元写出分量式dllθ大小方向+1.载流直导线的磁场统一积分变量无限长载流直导线+rP讨论半无限长载流直导线+rP讨论直导线延长线上无限长载流直导线半无限长载流直导线无限长载流直导线半无限长载流直导线直导线延长线上+讨论+讨论无限长载流直导线半无限长载流直导线直导线延长线上I无限长直线电流的磁场pR已知:真空中R、I求轴线上P点的建立坐标系OXY任取电流元分析对称性、写出分量式大小方向2.圆形电流的磁场36统一积分变量结论方向：右手螺旋法则pRR讨论（2）若载流线圈有N匝，则在x=0处：（1）当长为l的一段圆弧在x=0处：I圆电流的磁场概念定律方法结论电场磁场类比对一段载流导线毕奥-萨伐尔定律1载流直导线的磁场2圆形电流的磁场3载流直螺线管内部的磁场真空中，半径为R，载流密绕螺线管，电流为I，单位长度的匝数为n，求管内轴线上一点的磁感强度................pSl若螺线管为无限长若P点处于半无限长载流螺线管的一端................p管内中部轴线附近近似为匀强磁场。在管端口处，磁场等于中心处的一半。xBOII通电螺线管的磁场BIS12.4匀速运动点电荷的磁场电流产生磁场的本质，就是由于带电粒子的运动。研究运动电荷的磁场，即研究毕奥—萨伐尔定律的微观意义根据毕奥萨法尔定律，电流元产生的磁场其中电荷数密度速率截面积dl中载流子总数运动电荷产生的磁场每一个以速度v

运动的电荷所产生的磁感应强度的大小为：运动电荷的磁场是毕奥-萨伐尔定律的微观表示形式，同时也揭示了微观物质的磁性。一、安培环路定理静电场Irl1、圆形积分回路12.5安培环路定理改变电流方向磁场2、任意积分回路.则磁场环流为

环路上各点的磁场为所有电流的贡献3、积分回路内有多根载流导线环路上某点P的磁感强度为

⊙对一对线元来说

环路外的电流产生的磁场环流为零

4、回路外电流产生的磁场环流——在环路L

中

——在环路L外

则磁场环流为

环路上各点的磁场为所有电流的贡献5、推广到一般情况安培环路定理

真空中,磁感强度沿任意闭合环路L的线积分（环流），等于该环路所包围的所有电流强度的代数和的倍。即：环路内外电流产生磁感强度矢量和环路所包围的电流(1)积分回路方向与电流方向呈右手螺旋关系满足右手螺旋关系时

反之

(2)磁场是有旋场——电流是磁场涡旋的轴心

(3)安培环路定理只适用于闭合的载流导线，对于任意设想的一段载流导线不成立例如图中载流直导线,设

则沿L的环流为:讨论环路所包围的电流由环路内外电流产生由环路内电流决定位置移动不变不变改变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(无磁单极）磁场是无源场IR当场源分布具有高度对称性时，利用安培环路定理计算磁感应强度.1.无限长载流圆柱导体的磁场分布★分析对称性电流分布——轴对称磁场分布——轴对称已知：I、R电流沿轴向，在截面上均匀分布12.6利用安培环路定理求磁场的分布IR

★作积分环路并计算环流如图★利用安培环路定理求IR

结论：无限长载流圆柱导体。已知：I、R已知：I、n(单位长度导线匝数)★