电流和磁力课件

电流和磁力一.电流的形成电流：大量带电粒子的定向运动§14-1电流和电流密度形成电流的带电粒子统称为载流子

传导电流形成的条件：导体内必须有可以移动的电荷导体两端有电势差，即电压电流方向：正电荷定向运动的方向电流是标量，所谓的“电流的方向”只是指电流的流向而已

二.电流强度电流密度电流随时间变化，则1.电流强度电流强度：单位时间内通过某截面的电量方向：正载流子运动方向大小：通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电流强度2.电流密度矢量通过导体中任一有限截面S的电流强度为三.电流密度与电荷的运动设电子定向运动的平均速率为u，导体中电子数密度为n取小柱体，单位时间内通过的电量为考虑电流密度的方向有四.电流的连续性方程2、在电流场中通过闭合面的电流为2、1、在电流场中通过有限面S的电流为3、根据守恒定律（3）式叫电流的连续性方程一.金属自由电子在外场作用下的运动：§14-2电流的一种经典微观图像U0i是无外场是的速度，ti

两次碰撞间自由飞行的时间二.电子在外场作用下的运动平均速度其中：

令：上式中比例系数称为金属的电导率，其倒数是金属的电阻率讨论：某点处的电流密度只与该点的场强及该点处材料的导电性质有关，与导体的形状、大小无关欧姆定律是电场在一段导体内引起的总效果的表示；欧姆定律微分形式反映了导体中电流的分布情况三、部分电路欧姆定律对于一段长为L，截面积为S的导线，两端的电压为U时，通过导线的电流sLUEJI§14-3磁力与电荷运动人们发现磁现象已有两千五百多年一.磁现象《吕氏春秋》:“慈石召铁”----磁石吸铁性质《韩非子·有度》：“司南”----磁石琢磨成的指南针

11世纪，沈括制造了航海用的指南针，并在《梦溪笔谈》中作了详细的记载材料：天然磁铁矿石：四氧化三铁(Fe3O4)人工磁铁：氧化铁(Fe2O3)与一种或多种二价金属氧化物(CuO，MnO,BaO等)的粉末混合高温烧结而成§14-3

磁现象磁性：可吸引铁，镍，钴等物质磁极：两端处磁性最强磁力：磁极同性相斥，异性相吸指向：悬挂的条形磁铁会自动地转向南北方向，指向北方的磁极为北极(N)，指向南方的磁极为南极(S)§14-3二.几个重要实验实验一(奥斯特)揭示出电流可对磁针施加作用力实验二(安培)揭示出磁铁会对电流施加作用力§14-3实验三(安培)揭示出载流导线之间有相互作用力相互吸引相互排斥§14-3

三.安培分子电流假说安培分子电流观点：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分子电流作定向排列，则宏观上就会显现出磁性来§14-3

一、磁作用通过磁场进行磁场运动电荷(电流)运动电荷(电流)磁场磁铁磁铁电流电流§14-4§14-4磁场磁感应强度

讨论：无论电荷静止还是运动，都会激发电场，所以电荷间都存在库仑作用运动的电荷才会激发磁场，即只有运动电荷之间才存在磁的相互作用

二、.磁感应强度场中各点都有一特定方向，电荷沿该方向(或其反方向)运动时，电荷不受磁力作用速度为的电荷q进入磁场中则----为该点处的磁场方向运动电荷受到的磁力方向总是同时垂直于电荷运动方向和磁场方向磁力与电荷电量q、电荷运动速率v及电荷运动方向与磁场方向间的夹角

有关，满足定义：----磁感应强度的大小单位：特斯拉(T)或磁感应强度是矢量§14-4

三.磁力线(磁感应线)规定：曲线上任一点的切线方向为该点处的磁场方向通过某点垂直于的单位面积的磁力线数(磁力线密度)为该点的大小与电力线的区别：磁力线是一系列围绕电流、首尾相接的闭合曲线§14-4§14-4四、磁通量:通过某面积的磁通量的定义:国际单位制：韦伯

一.洛仑兹力----洛仑兹力常表示为§14-5带电粒子在磁场中的运动

讨论:洛仑兹力与电荷运动方向垂直，即它对运动电荷不作功。它只改变电荷的运动方向，而不改变运动速度的大小空间中存在电场和磁场时，运动电荷受力§14-5

设带电粒子q以初速进入均匀磁场二.带电粒子在磁场中的运动

：

:作匀速直线运动在垂直于磁场的平面内作匀速圆周运动周期§14-5

与斜交：----平行于磁场匀速运动----垂直于磁场作匀速圆周运动回旋半径螺距运动轨迹为螺旋线§14-52、带电粒子在非匀强磁场中的运动带电粒子也要做螺旋运动，但半径和螺距都要不断地变化。qB非匀强磁场对运动的带电粒子的作用力磁瓶一、.霍耳效应霍耳效应：载流导体薄板放入与板面垂直的磁场中，板上下端面间产生电势差UH的现象实验表明

RH：霍耳系数，与材料有关§14-6霍耳效应§14-6

二、.机理分析设导体板内自由电子的平均定向速度为,单位体积内自由电子数为n平衡时§14-6霍耳电势差比较可得§14-6

对正电荷载流子§14-6

讨论：导体中自由电子的浓度很大(约1029/m3)，霍耳效应不明显；半导体有明显的霍耳效应n型半导体：载流子以电子为主p型半导体：以带正电的空穴为主测定霍耳系数(或霍耳电势差)：可判定载流子正负，测定载流子浓度§14-6

取电流元，方向为电流流向设电流元所在处的磁感应强度为

§14-7载流导线在磁场中受的力和力矩一、载流导线在磁场中受的力电流元中所有电子受洛仑兹力之和为§14-7----安培定律对于任意形状的载流导线§14-7

[例1]一载有电流I、半径为R的半圆形导线,放在均匀磁场中,磁场与导线平面垂直,求该导线所受安培力解：建立如图坐标系取电流元所受安培力大小方向沿径向向外§14-7

由对称性知，合力方向沿y轴正向方向向上矢量式:问题：A到B载流直导线结果如何？§14-7

解：建立如图的坐标系任取电流元[例2]一弯曲通有电流I的平面导线，端点A、B距离为L，均匀磁场垂直于导线所在平面，求导线所受磁力§14-7同理矢量式:问题：从A到B的载流直导线结果如何？§14-7

讨论：对任意形状的导线，在任意方向的均匀磁场中，可用等效直导线方法计算所受磁力闭合电流回路在均匀磁场中所受磁力为零§14-7

[例3]如图的导线，通有电流I，放在一个与均匀磁场垂直的平面上，求此导线受到的磁力解:设想添加da

直导线构成闭合回路abcda建立坐标系§