磁场和磁感应强度.pptVIP

1,11-2 磁场和磁感应强度,一、磁现象 (magnetic phenomenon),磁现象的发现比电现象早很多。东汉王充“司南勺”，北宋沈括航海用指南针“四大发明”。,同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引。磁极周围存在磁场，处于磁场中的其它磁极或运动电荷，都要受到磁场的作用力，此作用力称为磁场力或磁力。磁场力是通过磁场这种特殊物质传递的。,磁铁磁性最强区域称为磁极。磁铁指向北方的磁极为磁北极或N极；指向南方的为磁南极或S极。,2,磁的基本现象,司南勺,（1）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。,（2）具有磁极，分磁北极N和磁南极S。,（3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。,（4）磁极不能单独存在。,永磁体的性质：,3,地球是一个巨大的永磁体。,4,1820年4月，丹麦物理学家奥斯特(H.C.Oersted，17771851）发现了小磁针在通电导线周围受到磁力作用而发生偏转。,5,磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。,结论：,1821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：,一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子电流对外界的磁效应的总和。,6,1820年奥斯特发现电流的磁效应后，人们才认识到磁与电的密切联系。,1820年安培发现磁体对电流作用和电流之间相互作用，提出一切磁现象都起源于电流，一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流。,安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。,7,物质磁性起源不能完全用经典理论来描述。量子理论表明，核外电子对磁性有一定的贡献，但物质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩，铁磁物质的强烈磁性则与相邻原子间电子自旋磁矩的交换作用有关。都不能用经典概念予以描述。,磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓“磁单极子”。 寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一。,8,磁场和磁感应强度,运动电荷,恒定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。,反映磁场性质的物理量：磁感应强度,磁感应强度 的方向：,小磁针在场点处时其N 极的指向。,9,实验：,1. 点电荷q0以同一速率v沿不同方向运动。,实验结果：,（4）电荷q0垂直磁场方向运动时，,（3）电荷q0沿磁场方向运动时，,（1）,（2）,10,2. 在垂直于磁场方向改变运动电荷的速率v，改变点电荷的电量q0。,（1）在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量； （2）在磁场中不同场点，Fmax/q0v 的量值不同。,实验结果：,定义磁感应强度 的大小：,国际单位制单位：特斯拉（T）,11,带电粒子在磁场中沿其他方向运动时，其受力 垂直于 与该特定方向所组成的平面.,当带电粒子在磁场中垂直于此特定方向运动时受力最大.,大小与 无关,12,二、磁感应强度 (magnetic induction),1.任一点P的磁感应强度的方向 当试探电荷q0以速度v沿某特定直线通过磁场中的点P时，作用于它的洛伦兹力总等于零，与试探电荷的电量和运动速率无关。这条特定直线是点P的磁场自身的属性，称为零力线。 把这条直线规定为点P的磁感应强度的方向。,用磁感应强度描述磁场， 以矢量 表示。,运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力。,13,2. 点P的磁感应强度的大小,3. 点P的磁感应强度的指向 B、v、F 满足右螺旋关系：,电荷速度与该特定方向垂直时受到的磁力最大。 点P磁感应强度的大小,正试探电荷所受洛伦兹力大小为F=q0vBsin,单位特斯拉(T),NsC-1m-1,Vsm-2,NA-1m-1。,14,人体磁场极弱，如心电激发磁场约310-10T。测人体内磁场分布可诊断疾病，图示磁共振图像。,地球磁场约510-5T。,大型电磁铁磁场可大于2T。,超导磁体能激发高达25T磁场；原子核附近可达104T；脉冲星表面高达 108T。,一些磁场的大小：,15,16,三、磁感应线和磁通量,磁场中某点磁场方向是确定的，磁感线不会相交。载流导线周围磁感线都是围绕电流的闭合曲线， 没有起点，也没有终点。,磁感应线(magnetic induction line)形象表示磁场分布状况：曲线上每点切线方向与该点磁感应强度B方向一致；在与磁场垂直的单位面积上穿过曲线的条数，与该处B的大小成正比，即疏密程度反映出B的大小。 一簇磁感应线围成的管状区域称为磁感应管。,17,磁感应线,（1） 磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁感应强度的方向一致。 （2） 垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该处磁感应强度B 的大小。,磁感应线（B线）：,18,磁感线 1.画法,(1)磁感线上某点的切向和该点磁感强度B 的方向一致；,(2)通过垂直于B的单位面积的磁感线的条数等于该点B的大小。磁场强处磁感线密。,2.性质 (1)两条磁感线不能相交； (2)磁感线是环绕电流的闭合曲线。,19,3.典型磁感线 (1)载流长直导线 磁场的磁感线 右手：拇指 I方向； 四指-磁感线方向,(2)载流圆线圈磁 场的磁感线 右手：拇指 I方向； 四指-磁感线方向,20,(3)载流直螺旋线圈 磁场的磁感线 右手握住螺旋线圈： 四指 I方向； 拇指-线圈内部的磁 感线方向,(4)载流螺绕环磁 场的磁感线 右手握住螺绕环： 四指 I方向； 拇指-环内的磁感线方向。,磁感应线的性质,与电流套链,闭合曲线(磁单极子不存在),互不相交,方向与电流成右手螺旋关系,I,I,B,B,22,图片：典型磁感线,23,长直电流周围的磁感应线，在垂直于电流的平面内磁感应线是一系列同心圆，圆心在电流与平面的交点上。,磁感线和电流满足右手螺旋法则。,为描述磁场的强弱，规定磁场中某点处垂直于B 矢量的单位面积上通过的磁感线数目(磁感线密度)，等于该点B 的数值。,圆电流周围的磁感应线，在与圆面正交并过其 直径的平面内，磁感应线是两簇环绕电流的曲线。,24,任意曲面 S 的磁通量(magnetic flux) 定义为， 曲面上任意一点的磁感应强度B与该处面元dS的标积BdS 在整个曲面S上的代数和，即,在国际单位制中，磁通量 的单位是Tm2，也称为Wb (韦伯)。,25,对闭合曲面，规定正法线方向垂直于曲面向外。当磁感线从曲面内穿出时，磁通量为正，而当磁感线从曲面外穿入时，磁通量为负。,在不均匀磁场中，通过任意面积元的磁通量：,在均匀磁场中通过面积S 的磁通量为：,26,磁场的高斯定理(磁通连续原理)： 在任何磁场中，