稳恒磁场-课件

稳恒磁场§6、1电流电动势一、电流、电流密度带电粒子得定向运动形成电流。方向规定:正电荷运动方向1、电流强度:2、电流密度:描述导体内各点得电流分布情况2I定义:电流密度方向：单位:A·m－2若dS得法线与

成角

,则通过dS得电流3二、电动势4１、非静电力与电源一段导体内得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得点(电源负极板)送到电势较高得点(电源正极板)得作用力,记作Fk。5非静电场强:表示单位正电荷受到得非静电力电源:能够提供非静电力得装置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,电源中得非静电力所做得功

、方向:6用非静电场强定义电源电动势如果对整个回路进行积分,即非静电场强场得环流。这时电动势得方向与回路中电流得方向一致。7§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磁极和电荷得基本区别:磁铁得两个磁极不能独立存在2、电流得磁效应1819－1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现电流得磁效应8大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点ISN磁现象与运动电荷之间有着密切得联系。

1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起源NS电荷得运动就是一切磁现象得根源。10二、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。磁场对外得重要表现为:(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磁场方向:规定线圈在稳定平衡位置时得磁矩得方向磁感应强度得大小: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)12三、磁场中得高斯定理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:13I直线电流磁力线I圆电流磁力线I通电螺线管磁力线(1)磁感应线都就是环绕电流得闭合曲线,磁场就是涡旋场。(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142、磁通量穿过磁场中任一曲面得磁感应线条数,称为该曲面得磁通量,用符号Φm表示。S3、磁场中得高斯定理穿过任意闭合曲面得磁通量为零(1)磁力线就是无头无尾得闭合曲线,(2)磁场就是无源场(无磁单极存在)15四、毕奥—萨伐尔定律1、稳恒电流得磁场电流元IpdB得方向毕奥---沙伐尔定律16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(其她因素不变下)2、运动电荷得磁场电流得微观形式I17若载流子得数密度为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－沙伐尔定律得微观形式18

qp

p19五、毕奥－萨伐尔定律得应用1、载流直导线得磁场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点产生得磁感应强度得方向相同设0P=a,则:20关于角得有关规定以OP为起始线,

角增加得方向与电流方向相同,则为正,反之,则为负。p0p0p021无限长电流得磁场半无限长电流得磁场直导线延长线上电流得磁场222、圆弧形电流在圆心产生得磁场

已知:R、I,圆心角为θ,求在圆心O点得磁感应强度、任取电流元θrR方向:右手螺旋法则圆电流中心得磁场1/n圆电流得中心得磁场23§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242、积分回路不环绕电流AB253、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在真空中得稳恒磁场中,磁感应强度B沿任意闭合曲线得积分(环流),等于该闭合曲线所环绕得电流得代数和得

0倍、称为磁场中得安培环路定理说明:(1)B就是dl处得总磁场(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得正、负;(4)说明磁场就是非保守场,有旋场。27二、安培环路定理得应用求磁感应强度1、

分析磁场分布得对称性。2、

选择一个合适得积分回路4.

再由求得B3、

计算闭合回路中包围得电流281、无限长圆柱载流导体得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29B得计算取同轴圆周为积分回路IPr>Rr<R30讨论:分布曲线BRr0长直载流圆柱面。已知:I、RrROB312、长直载流螺线管内得磁场分布

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、管得外面,磁场强度忽略不计、B得大小得计算:作矩形环路abcd,如图abcd323、载流环形螺线管内得磁场分布已知: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33BrO说明:①B就是所有电流共同产生得环路外部得电流只就是对积分∮LB·dl无贡献、②当B无对称性时,安培环路定理仍成立只就是此时因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§6、4磁场对载流导线得作用一、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所受得磁力为大小:方向:积分形式

35载流直导线在均匀磁场中所受得安培力

取电流元受力方向力大小积分3637二、无限长两平行载流直导线间得相互作用力

C、D两导线得距离为a。电流方向相同I1I2aCDI2dl2I1dl1B2df1B1df238单位长度载流导线所受力为电流得单位安培可定义如下:在真空中相距1m得两条无限长平行导线中通以相等得电流,若每米长度导线受到得磁力为2×10－7N,则导线中得电流定义为1A、

39解:例:求一无限长直载流导线得磁场对另一直载流导线ab得作用力。已知:I1、I2、d、LLxdba40三、磁场对载流线圈得作用匀强磁场对平面载流线圈得作用dabc设ab=cd=l2,

ad=bc=l1

pm与B夹角为

da边:bc边:ab边:cd边:41线圈在均匀磁场受合力f2和f/2产生一力偶矩jqf2f2/42说明:(1)M＝0稳定平衡(2)M＝0非稳定平衡(3)⊙43四、磁力得功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得增量442、载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做得功M作功,使

减少45例:一半径为R得半圆形闭合线圈,通有电流I,线圈放在均匀外磁场B中,B得方向与线圈平面成300角,如右图,设线圈有N匝,问:(1)线圈得磁矩就是多少？(2)此时线圈所受力矩得大小和方向？(3)图示位置转至平衡位置时,磁力矩作功就是多少？解:(1)线圈得磁矩pm得方向与B成600夹角(2)线圈所受力矩为46大小为:方向为垂直于B得方向向上。(3)磁力矩作功为磁力矩作正功47静电场稳恒磁场磁场没有保守性,她就是非保守场,或无势场电场有保守性,她就是保守场,或有势场电力线起于正电荷、止于负电荷。静电场就是有源场磁力线闭合、无自由磁荷磁场就是无源场48§6、5磁场对运动电荷得作用一、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得磁场力其大小和方向可用下式表示安培力得微观本质就是运动电荷受到得磁场力得集体宏观表现因此,49注意:(1)fm⊥(u,B)所组成得平面。

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,受得合力:电场力磁场力——洛仑兹关系式50二、带电粒子在匀强磁场中得运动(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513.粒子速度与成θ角θ回转半径

回转周期螺距52霍耳效应三、霍耳效应531879年,年仅24岁得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得方向垂直得电流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与导体块得宽度b无关54带负电得载流子得金属导体为例IMN霍耳系数得微观解释附加电场EH:平衡时电流强度为55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§6、6磁介质一、磁介质得分类

凡就是能影响磁场得物质叫磁介质。物质受到磁场得作用产生磁性得现象叫磁化。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。57二、抗磁质与顺磁质得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得固有磁矩不为零无外磁场作用时,由于分子得热运动,分子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。58有外磁场时,分子磁矩要受到一个力矩得作用,使分子磁矩转向外磁场得方向。分子磁矩产生得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。592、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得附加磁矩总就是削弱外磁场得作用。抗磁性就是一切磁介质共同具有得特性。603、电子得进动产生附加磁矩以电子得轨道运动得经典模型解释M⊙电子受得磁力矩电子轨道角动量增量L旋进,附加得角动量L*它引起的磁矩反平行于→削弱磁场,抗磁。61M⊕加上外磁场后,总就是产生一个与B0方向相反得附加磁场62三、磁化强度定义:顺磁质抗磁质用来描述磁化得强弱

V---宏观小、微观大顺磁质:平行于抗磁质:反平行于和呈非线性关系铁磁质：63四、磁介质中得安培环路定理有磁介质存在时,任一点得磁场就是由传导电流I0和磁化电流IS共同产生得、定义:磁场强度单位:A·m－1

∑I就是穿过回路l所围得传导电流得代数和64磁介质中得安培环路定理:在稳恒磁场中,磁场强度矢量H