第09章-稳恒磁场课件

第九章稳恒磁场(P.36~38,P.49~88)§9.1电流稳恒电场电动势§9.2磁场磁感应强度§9.3毕奥─萨伐尔定律§9.4磁场中的高斯定理§9.5安培环路定理§9.6磁场对载流导线的作用§9.7磁场对运动电荷的作用*§9.8磁介质§9.1电流稳恒电场电动势(P.36~38)1.电流强度与电流密度

1.1电流电流强度电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。形成电流的条件：

1）导体中有载流子；

2）导体中有电场存在或导体两端有电势差。电流强度：单位时间里通过导体某一截面的电量：

1.2电流密度通过垂直于正电荷运动方向的单位面积的电流强度:电流密度为矢量,导体中某点电流密度的方向沿该点正电荷运动的速度方向:电流密度反映了电流在载流导体内的分布:电流线:形象反映导体中电流的分布。1.3电流强度与电流密度的关系:

1.4电流与载流子的运动的关系3．恒定电流和恒定电场3.1电流的连续性方程S

j3.3恒定电流的条件：S（a）I1I2I3I4S（b）3.2恒定电流导体内各处的电流密度都不随时间变化的电流：3.4恒定电场恒定电场：不随时间变化的电荷分布产生的不随时间变化的电场。恒定电场的性质：具有与静电场类似的性质：3.电源及电源电动势3.1非静电力－－非静电场的场强能提供非静电力以把其它形式的能量转化为电能的装置。3.2电源3.3电源的电动势在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功：闭合回路的电动势：§9.2磁场磁感应强度(P.49~52)1.磁现象的本质1.1磁现象早期观测的磁现象奥斯特实验（1819年）安培实验（1820年）（1）磁体附近的载流导线受到力的作用：（2）电流与电流之间存在相互作用：S+（3）磁场对运动电荷的作用：电子束N1.2磁现象的本质磁现象都起源于运动电荷（电流），磁相互作用的本质是运动电荷（电流）之间的相互作用。分子环流：电子绕原子核运动和电子自旋所形成。2.磁场2.1磁相互作用的场的观点2.2磁场2.3磁场的的基本性质对处在磁场中的运动电荷（电流）产生作用力.运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷磁场运动电荷3.磁感应强度定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的方向：+vFmaxq0§9.3比奥－萨伐尔定律(P.54~60)1.毕奥─萨伐尔定律

电流元:毕奥─萨伐尔定律IdlPrdB

(，o=410-7T·m·A-1)dqdEr电荷元的电场具有球对称性电荷元的电场具有球对称性，电流元的磁场具有轴对称性一段电流的磁感应强度：2.毕奥─萨伐尔定律的应用2.1解题要点2.2几种常见电流的磁场(I)（1）直线电流的磁场：DCOP无限长载流导线：1=0,2

=（2）环形电流的磁场B

=0xxPRO

dB||dBrdBIdlx=0（圆心）：为载流线圈的磁矩。

其中ISPm

I⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙O12Rx（3）载流直螺线管内部的磁场

xdx长螺线管中心：长螺线管端口：例9.1半径为

R

的圆盘均匀带电，电荷密度为。若该圆盘以角速度绕圆心O

旋转，求轴线上距圆心x

处的磁感应强度。Pxx

dIRrdrOdBR解：3.匀速运动点电荷的磁场大小：

方向：矢量式：作业：9.7、9.8、9.10§9.4磁场中的高斯定理(P.52~54)1.磁力线1.1定义1.2性质1）永远闭合（与电流相互套联）2）永不相交各种典型的磁力线的分布直线电流的磁力线圆形电流的磁力线直螺线管电流的磁力线环形螺线管电流的磁力线2.磁通量闭合曲面：通过磁场中某一曲面的磁感应线数的代数和:Bn0dS

3.磁场的高斯定理穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零：高斯定理表明，磁场是无源场.作业：9.12§9.5安培环路定理(P.60~64)1.安培环路定理无限长直电流穿过积分回路：安培环路定理的验证：r+drrBdlOLIdIOL1L2AC无限长直电流无穿过积分回路：一般情况：推广I1I3I2L2.安培环路定理的应用

——求解具有对称性的磁场分布2.1解题要点2.2几种常见电流的磁场（II）（1）无限长圆柱形载流导体的磁场PIRr(a)(b)rORPLLBrROL(b)rORPL（2）长直载流螺线管的磁场（3）载流螺绕环内的磁场L例9.2

无限大平面电流的磁场分布：如图所示，无限大导体薄平板通有恒定电流，电流沿平板均匀分布，其面电流密度（即通过与电流方向垂直的单位长度的电流）大小为i。求平板周围的磁感应强度。labcdi(a)⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙(b)解：labcd⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙(b)作业：9.16、9.17§9.6磁场载流导线的作用(P.64~70)位于磁场中某点处的电流元Idl受到磁场的作用力：1.磁场对载流导线的作用力1.1安培定律1.2磁场对载流导线的作用力××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××OdFxdFyBIyx

ddFIdlR例9.5无限长直载流导线通有电流I1，在同一平面内有长为L的载流直导线，通有电流I2。求长为

L的导线所受的磁场力。解:rxI1I2dxxldldF轨道炮：速度达2000米/秒电磁轨道炮不同于当前的舰炮，它利用电流和生成的电磁力替代化学能来发射弹丸。其弹丸射速远高于当前舰炮的弹丸射速。磁流体船B电流BF海水进水出水发动机接发电机IF电极a2.平行电流间电流相互作用力“安培”的定义2.1平行电流间电流相互作用力同理方向：同向相吸，异向相斥。2.2电流单位“安培”的定义3.载流线圈所受的磁力矩矩形线圈：(a)adbcl1l2OIBF2(b)d(c)Oa(b)

一般平面线圈：线圈的磁矩：（

N

匝）IS电机4.1磁力对运动载流导线的功4.磁力的功××××××××××××××××××××××××××××××××××FIabSB

cIdlx4.2磁力对转动载流线圈的功Odd(c)

F2Ba(b)一般情况：OBAXYRI解：作业：9.18、9.21、9.24§9.7磁场对运动电荷的作用(P.70~78)vqBIdlv1.洛仑兹力vBFqvBqF(b)(a)

大小：方向：（1）初速度方向与磁场方向平行2.带电粒子在均匀磁场中的运动－－匀速直线运动+Bv(a)v||B（2）初速度方向与磁场方向垂直(b)vBBRF+

vO周期半径粒子作匀速圆周运动（3）初速度方向沿任意方向螺距——沿螺旋线轨道运动半径Bh+v(c)v与B成任意夹角

3.电磁场控制带电粒子运动的实例3.1质谱仪+-PN

BR速度选择：质谱分析：3.2回旋加速器欧洲核子研究中心（CERN）位于日内瓦郊外的加速器：大环是周长约为27km的强子对撞机，中环为质子同步加速器。1939年诺贝尔物理学奖：

劳伦斯

——回旋加速器的发明

1939年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚伯克利加州大学的劳伦斯（ErnestOrlandoLawrence,1901-1958）,以表彰他发明和发展了回旋加速器，以及用之所得到的结果，特别是人工放射性元素。

核物理学的诞生揭开了物理学发展史中崭新的一页，它不但标志了人类对物质结构的认识进入了更深的一个层次，而且还意味着人类开始以更积极的方式改变自然、探索自然、开发自然和更充分地利用大自然的潜力。各种加速器的发明对核物理学的发展起了很大的作用，而劳伦斯的回旋加速器则是这类创造中最有成效的一项。3.3磁聚焦——与速度方向无关vBhAA磁镜：qF||FFB＋磁瓶：3.4磁约束外辐射带：主要由质子组成内辐射带：主要由电子组成范艾仑辐射带极光：由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象在地磁两极附近由于磁感线与地面垂直外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光绚丽多彩的极光4.霍耳效应4.1霍耳效应现象bbAA

v+qEHIIBFm+++++++++++-------------FeUH4.2霍耳电压dbAAv+qEHIIBFm+++++++++++-------------Fe4.3霍耳效应的应用1）测量磁场2）判别半导体的类型3）磁流体发电作业：9.26、9.27*§9.8磁介质(P.78~88)1.物质的磁性r＝

B/B0——相对磁导率四类磁介质：锰、铬、铂、氮水银、铜、氢、金、银铁、镍、钴、铁氧体顺磁质：

抗磁质：铁磁质：超导体完全抗磁体：2.1分子的磁矩2.磁介质的磁化分子中各电子的轨道运动和自旋产生的磁矩之和。顺磁质的分子的磁矩：+分子磁矩－顺磁质的分子中各电子的轨道运动和自旋而产生的磁矩不能相互抵消，分子磁矩不为零。——每个分子等效一个圆形电流。抗磁质的分子的在磁场中的附加磁矩：没有外磁场时，抗磁质分子中各电子的轨道运动和自旋而产生的磁矩相互抵消，分子磁矩为零。存在外磁场时，分子中每个电子产生一与外磁场方向相反的附加磁矩ml。2.2磁介质的磁化顺磁质的磁化：(a)B0=0

mi(b)B00B0mi

抗磁质的磁化：(a)B0=0B0mi(b)B003.1磁化强度3.磁化强度与磁化电流3.2磁化电流一般情况：dIsacblM均匀磁化的情况：ROM解：OenrxR磁场强度：4.磁介质中的磁场磁化强度4.1