8 电流的磁场

第八章电流的磁场,8.1磁场、磁感应强度8.2电流的磁场8.3磁场对运动电荷的作用8.4磁场对电流的作用、磁矩,第一节磁场、磁感应强度,一、磁场二、磁感应强度三、磁感应线四、磁通量,（1）自然界磁现象,一、磁场,1.磁现象及其规律,磁性：具有能吸引铁磁物质(Fe、Co、Ni）的一种特性.,磁体：具有磁性的物体.,（2）电流的磁效应,使磁针在电流周围偏转.,通电导线对磁针有作用,载流导线之间有磁相互作用,说明：磁现象与运动电荷之间有着深刻的联系.,2.磁场,磁铁和运动电荷（电流）在其周围激发的一种特殊物质.,静止的电荷激发静电场运动的电荷可同时激发电场和磁场,分子电流假说：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷的运动产生的.,单位：特斯拉(T),大小:,方向:,正电荷受力为零时的速度方向.即小磁针置于此处时N极指向.,1.磁感强度的定义,二、磁感应强度,三、磁感应线（磁场的图示法）,（1）磁感强度的方向磁感线上的切线方向,磁感应线的特点：,在任何磁场中，每一条磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，无头无尾，好象涡旋一样，因此磁场是一种涡旋场。,电流方向与电流产生的磁场方向符合右手螺旋法则,任意两条磁感应线在空间互不相交。,磁感应线较密处，磁场较强；磁感应线较疏处，磁场较弱。,通过垂直于磁场方向的单位面积的磁感应线的条数,（2）磁感应强度的大小,四、磁通量,垂直通过磁场中一个给定面积的磁感应线的总数,1.均匀磁场,单位：,2.非均匀磁场,第二节毕奥萨伐尔定律,一、毕奥沙伐尔定律二、毕奥沙伐尔定律的应用,一、毕奥沙伐尔定律,方向该处电流的方向,电流元矢量：电流与微分线元的乘积,1.电流元在真空中产生的磁场,静电场:,磁场：,对比：,真空磁导率,毕奥萨伐尔定律,真空中的磁场,2.一段载流导线产生的磁场,步骤：（1）把长度为L的载流导线分成许多个电流元,3.几条(或几段)载流导线产生的磁场,磁场的叠加原理：,1.真空中载流圆环圆心上的磁场,二、毕奥沙伐尔定律的应用,方向均沿x轴的正方向,方向右手螺旋法则,大拇指；四指弯曲方向电流方向。,1/4圆环,半圆环,载流圆环圆心上的磁场,大小,方向均沿x轴的负方向,2.真空中载流长直导线的磁场,的方向沿x轴的负方向.,（2）无限长载流直导线的磁场,（1）有限长载流直导线的磁场,（3）半无限长载流直导线的磁场,右手螺旋,长直载流导线的磁场方向,大拇指电流方向；四指弯曲方向磁感应线环绕方向。某一点的即为磁感应线在该点的切线方向。,磁感应线是一组同心圆,载流导线产生的磁场,注：长直载流导线延长线上任一点的磁感应强度为0,第三节磁场对运动电荷的作用,一、洛仑兹力二、质谱仪,1.洛仑兹力,大小：,一、洛仑兹力,方向：右手螺旋定则,不会改变电荷运动速度的大小.但会改变电荷的运动方向.,2.带电粒子在磁场中的运动,带电粒子以速度作匀速直线运动。,带电粒子在均匀磁场中作匀速圆周运动,螺距,带电粒子作螺旋线运动,二、质谱仪带电粒子受电磁场作用的现代技术运用,*速度选择器:,*质谱分析仪：,工作原理：利用磁场对运动电荷的作用，把电量相等而质量不同的带电粒子分离,速度选择器,照相底片,根据条纹的位置测量出圆周半径R计算同位素的质量。,质谱粒子射到底片上形成的线状条纹,三、运动电荷在电场和磁场中所受的力,电场力,磁场力（洛仑兹力）,运动电荷在电场和磁场中受的合力,第四节磁场对电流的作用,一、安培定律二、磁场对载流线圈的作用、磁矩,1.安培定律：电流元在磁场中的受力,一、安培定律,洛伦兹力,电流元中的自由电子数,电流元所受合力,方向：,电流元在磁场所受到的力,大小：,夹角,安培定律,方向：,2.一段载流导线在磁场所受的力,（1）均匀磁场,讨论:,当p/2，Fmax=IBL,当0或p时F=0,（2）非均匀磁场,例：一条无限长直载流导线通有电流I1，另一有限长度的载流导线AB通有电流I2。求导线AB与无限长直载流导线平行和垂直放置时所受到的安培力。,解：,(1)AB与直导线平行,方向：垂直于纸面向里,电流I1在AB上产生的磁感应强度的大小为：,根据安培定律，AB受到的磁场力,大小：,垂直指向无限长直导线,方向：,(2)AB与直导线垂直,I2,A,B,L,电流元受到的安培力,方向：,大小：,在AB导线上，距无限长直导线为l处取电流元，则此处的磁感应强度为,垂直AB向上。,根据安培定律，AB受到的磁场力为：,方向：垂直AB向上。,二、磁场对载流线圈的作用、磁矩,线圈法线方向,1.均匀磁场对载流线圈的作用力,位于同一直线上作用相互抵消,不位于同一直线上，形成力偶,N匝线圈所受力矩,2.均匀磁场对载流线圈的力矩,线圈的磁矩,线圈所受力矩,载流线圈在磁力矩的作用下将会发生转动。与线圈的转动方