恒定电流的磁场-2.ppt.ppt

2019年12月24日星期二 大学物理 下 1 reviewsection温故知新 2 电流密度 单位时间内通过某点垂直于电流方向的单位截面积的电量 方向为该点电流的方向 电流密度和电流强度的关系 大小 方向 该点正电荷定向移动的方向 电流强度是电流密度对某曲面s的通量 2019 12 24 collegephysics ii 3 可量度电源将其他形式能转变为电能的能力大小 电源电动势 2019 12 24 collegephysics ii 4 欧姆定律的微分形式 欧姆定律的微分形式 表明任一点的电流密度与电场强度方向相同 大小成正比 2019年12月24日星期二 大学物理 下 5 第八章稳恒电流的磁场 8 1恒定电流 8 2磁感应强度 8 3毕奥 萨伐尔定律 2019年12月24日星期二 大学物理 下 6 2019年12月24日星期二 大学物理 下 7 一基本磁现象 历史 history 最早发现磁现象 磁石吸引铁屑中国公元前约六世纪春秋战国时期 磁石 磁铁 司南 指南中国十一世纪指南针 magnetismtermcomesfromtheancientgreekcityofmagnesia atwhichmanynaturalmagnetswerefound anaturalmagneticmaterialfe3o4 2019年12月24日星期二 大学物理 下 8 1 早期阶段 磁铁 磁铁 天然磁铁 吸铁石 能吸引铁 镍 钴等物质 条形磁铁的两端称作磁极 中部称作中性区 将条形磁铁的中心支撑或悬挂起来使它能够在水平面内运动 则两极总是指向南北方向分别称作s极和n极 对基本磁现象的认识可以分成三个阶段 2019年12月24日星期二 大学物理 下 9 条形磁铁与地球磁场之间以及条形磁铁之间的相互作用说明同号磁极相互排斥 异号磁极相互吸引 进一步分析发现 将一磁铁可以一直细分成很小很小的磁铁 而每一个小磁铁都具有n s极 自然界中有独立存在的正电荷或负电荷 但迄今却未发现独立的n s极 2019年12月24日星期二 大学物理 下 10 theearth smagneticfield 2019年12月24日星期二 大学物理 下 11 范阿仑辐射带vanallenbelts 宇宙射线的带电粒子被地磁场捕获 绕地磁感应线作螺旋线运动 在近两极处地磁场增强 作螺旋运动的粒子被折回 结果沿磁力线来回振荡形成范阿仑辐射带 当太阳黑子活动引起空间磁场的变化 使粒子在两极处的磁力线引导下 在两极附近进入大气层 能引起美妙的北极光 2019年12月24日星期二 大学物理 下 12 极光 自然磁现象 磁现象与电现象有没有联系 基本磁现象 2019年12月24日星期二 大学物理 下 14 奥斯特实验 1820 7 小磁针在通电导线周围受磁力作用发生偏转 磁性起源于电荷的运动 电流的磁效应电流 磁铁 电流 电流 h c oersted丹麦物理学家 横场力 2019年12月24日星期二 大学物理 下 15 b 两平行载流导线间有相互作用力 a 载流导线受磁力作用而运动 安培实验 1820年及以后 2019年12月24日星期二 大学物理 下 16 安培分子电流假说 1826 一切磁现象的根源是电荷的运动 物质磁性的本质是在磁性物质分子中 存在着分子电流 当时人们并不了解原子的结构 因此不能解释物质内部的分子环流是如何形成的 现在大家都知道 原子是由带正电的原子核和绕核旋转的负电子组成 电子不仅能绕核旋转 而且具有自旋 在分子 原子等微观粒子内电子的这些运动等形成了分子环流 这就是物质磁性的基本来源的经典解释 电现象与磁现象密切相关 产生磁场的 源 1 运动电荷 2 传导电流 3 永磁铁 分子电流 运动电荷既能产生磁场 也能受磁场力的作用 分子电流 1 原子核外电子绕核的运动2 内禀电子自旋 核自旋 静电荷产生电场电场对静电荷产生电场力 17 二 磁感应强度b 磁场是给运动电荷作用力的场物质 用试探运动电荷在某场点所受磁力的两个极值fmax和0来定义 右手螺旋法则确定b的方向 矢量表述 18 tesla单位的量级 地磁场0 5gauss 0 5x10 4t电磁铁0 1 1t超导磁铁 10t原子核附近104t脉冲星表面108t 1t 104gauss 19 1967年首次发现 一位研究生 2019年12月24日星期二 大学物理 下 20 三毕奥 萨伐尔定律 载流导线的磁场 横场力 2019年12月24日星期二 大学物理 下 21 思路 2019年12月24日星期二 大学物理 下 22 真空中 任一载流导线上任取电流元 其在空间某点p处产生的磁场的磁感应强度大小为 q 90时db取最大值 毕奥 萨伐尔定律 1820 2019年12月24日星期二 大学物理 下 23 2019年12月24日星期二 大学物理 下 24 线电流 矢量式 毕奥 萨伐尔定律 运动电荷的磁场 单位时间内通过的电荷 即电流 在电流元内的带电粒子数 代入毕奥萨伐尔定律 得到每个带电粒子激发的磁场 电荷q相对观察者以速度v运动 若v c 则单个运动电荷在空间a点所激发的磁场为 等量异号电荷作同向运动时磁场相反 反向运动时磁场相同 2019年12月24日星期二 大学物理 下 27 例 一段载流直导线的磁场 设有一段载有电流i的直导线 试计算距导线a处p点的磁感应强度 解 建立如图坐标系 在载流直导线上 任取一电流元idz 有毕 萨定律得磁感应强度大小为 2019年12月24日星期二 28 由图得 所有电流元产生的磁场方向相同 所以为标量积分 即 2019年12月24日星期二 大学物理 下 29 所以有 讨论 方向 2019年12月24日星期二 大学物理 下 30 4 其他例子 2019年12月24日星期二 大学物理 下 31 例 圆电流轴线上一点的磁场 有一半径为r 通电流为i的细导线圆环 求其轴线上距圆心o为x处的p点的磁感应强度 方向如图 所有形成锥面 解 建立坐标系如图 任取电流元 由毕 萨定律得 2019年12月24日星期二 大学物理 下 32 若 由对称性分析得 所以有 2019年12月24日星期二 大学物理 下