《电流和磁场》PPT课件.ppt

第十三章 电流和磁场 （ Current and Magnetic Field ）,西南大学物理科学与技术学院,赵 建 伟,Email: ,13.1 电流和电流密度,13.2 电流的经典微观图像 欧姆定律,13.3 磁力与电荷的运动,13.4 磁场与磁感应强度,本章目录,13.9 与变化电场相联系的磁场,13.8 安培环路定理的应用,13.7 安培环路定理,13.6 匀速运动点电荷的磁场*,13.5 毕奥萨伐尔定律,1、电流,电流：导体内的带电粒子定向运动而形成电流。,形成电流的条件: 1) 导体中有带电粒子（载流子）； 2) 导体中有电场存在或导体两端有电势差.,2、电流强度：单位时间里通过导体某一截面的电量：,13.1 电流和电流密度,单位：安（A） 1A1C/s, 对细导线用电流强度的概念就够了。对大块导体，还需电流密度的概念来进一步描写电流的分布。,例如：电阻法探矿, P 处正电荷定向移动速度方向上的单位矢量, 对任意小面元 :, 对任意曲面 S：, 电流密度与载流子的定向运动速度的关系:,补充：为形象描写电流分布，引入 “电流线” 的概念：,2）电流线的密度等于 J,对闭合曲面 S 有,稳恒情况有：,13.2 电流的微观图像 欧姆定律,对一段均匀金属导体：, 将欧姆定律用于大块导体中的一小段:,欧姆定律微分形式,注：上式对非均匀导体，非稳恒电流也成立。,13.3 磁力与电荷的运动,3、磁铁之间相互作用；,4、磁铁与电流之间有相互作用,(1)奥斯特实验(1820年),（2）磁体附近的载流导线受到力的作用：,5、电流与电流之间存在相互作用：(安培实验),（3）磁场对运动电荷的作用：,二、磁现象的本质,一切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的电流。物质的磁性取定于物质中分子电流的磁效应之总和。,13.4 磁场与磁感应强度,一.磁场：,运动电荷周围存在磁场,库仑相互作用,磁相互作用,库仑相互作用,库仑相互作用, 洛仑兹力公式, 洛仑兹力是力的基本关系式； 洛仑兹力是相对论不变式；, 称为磁感强度，只决定于产生磁场的运动电荷（电流），服从叠加原理；, 单位：特斯拉 (T) 或高斯 (G)， 1T = 104 G, 无头无尾，闭合曲线,1）典型电流的磁力线: 2）磁力线的性质,单位：韦伯(Wb), 与电流套连, 与电流成右手螺旋关系,二、磁力线,磁通连续原理,13.5 毕奥萨伐尔定律, 1820年,法国物理学家毕奥和萨伐尔通过精确测定直线电流对磁铁的作用力发现直线电流产生的磁场：, 拉普拉斯从数学上推导出电流元 的磁场:, 载流导线的磁场:, 利用毕奥萨伐尔定律求磁场：,2. 几种常见电流的磁场(I),（1）直线电流的磁场：,2,o,1,I,解:,毕奥萨伐尔定律,解：,By = 0,（2）环形电流的磁场,P,R,（3） 载流直螺线管内部的磁场,已知：管的长度为L，半径为R，单位长度上绕有n匝线圈，通有电流I。,无限长螺线管：,直线电流的磁感线,直螺线管电流的磁感线,圆形电流的磁感线,实验观测：,13.6 安培环路定理,一、无限长直电流的磁场：,在垂直于长直电流的平面上取一任意闭合路径L,由例题1的结果可知：,方向：,二、安培环路定理：,一般情况：,安培环路定理：在恒定电流的磁场中, 磁感强度 沿任一闭合路径 L 的线积分等于路径 L 所包围的电流强度的代数和的 倍。,安 培 (17751836),三、对定理的正确认识：,1. 当L与I服从右手法则时，I 0，反之，I 0；,2. 若I不穿过回路L，则对上式右端无贡献；,3. B是由内外电流共同产生的；,4. 定律成立条件必须是对闭合电流或无限长电流的磁场；,5. 用安培环路定律可以计算某些具有对称性分布的电流的磁场。, 主要用于求解具有对称性的磁场分布,1、解题要点:,15.4 安培环路定理的应用,2. 几种常见电流的磁场（II）,（1）无限长圆柱体电流的磁场,（2）N匝螺线环内的磁场,螺线环外磁场？,15.5 与变化电场相联系的磁场, 安培环路定理适用于恒定电流的磁场，对于非恒定电流的磁场如何处理？,如：电容器充电时，电流特点：非恒定、非闭合；, 麦克斯韦认为一切电磁现象及其规律都是电场与磁场 性质、变化以及相互作用在不同场合下的表现。,麦克斯韦提出：无电流时，变化的电场与磁场之间的关系如下, 普遍的安培环路定理：,如果一个S面上有传导电流 Ic通过，而且还同时有变化的电场存在，则沿此面的边线L的磁场的环路积分如下：,例：一面板半径为R的圆形平行板电容器，某时刻正以Ic的传导电流充电, 求此时板间的磁场分布？,（忽略边缘效应）,解：两板之间的电场为,