磁的基本现象和基本规律课件

磁的基本現象和基本規律1.1磁的庫侖定律

中國古代的磁學研究西元前4世紀左右成書的《管子·地數篇》上面寫道“上有慈石者，下有銅金。”

《呂氏春秋.精通》中有“慈石召鐵，或引之也。”（高誘的注釋：“石，鐵之母也。以有慈石，故能引其子，石之不慈者，亦不能引也。”也就是比喻成慈愛的母親對子女的吸引。）我國最早的磁性指南記載是在西元一世紀的《論衡》中。王充寫到：“司南之杓，投之於地，其柢指南。”111世紀北宋的沈括在《夢溪筆談》中第一次明確地記載了指南針。同時，記載利用天然強磁體摩擦進行人工磁化製作指南針的方法。此外，沈括是世界上最早發現地磁偏角的人。

司南勺2磁鐵的性質磁極與中性區指南針磁性特別強的區域稱磁極、沒有磁性的區域叫做中性區。

3各種指南針車載指南針禮品指南針口哨溫度計指南針指南針爬山扣45縷懸式指南針6磁極間的相互作用同號磁極互相排斥，異號的磁極互相吸引

7磁的庫侖定律

與電偶極子相比，一個小磁鍼可看成是一個“磁偶極子”，在它的兩端各帶有正、負“磁荷”（設N極帶正磁荷+qm，S極帶負磁荷-qm）。庫侖用精心設計的實驗證明，點磁荷1、2之間也服從類似點電荷之間的庫侖定律式：叫做真空磁導率，其數值定為8恒磁場與靜電場中各物理概念、規律和公式的比較

靜電場恒磁場

電場強度試探點電荷磁場強度試探點磁荷電勢U

磁勢Um

電偶極子的電勢

磁偶極子的磁勢

電偶極矩磁偶極矩

電偶極層磁偶極層電偶極層強度磁偶極層強度電偶極子所受力矩磁偶極子所受力矩9例題1

求磁偶極子產生的磁場強度H。

解：取磁偶極矩pm的方向為x軸方向，磁勢為

NSxyHyHxH例題1磁場強度各分量為101.2電流的磁效應

奧斯特實驗及其意義19世紀20年代前，磁和電是獨立發展的奧斯特,丹麥物理學家

HansChristianOersted深受康德哲學關於“自然力”統一觀點的影響，試圖找出電、磁之間的關係11奧斯特實驗1820年7月12奧斯特實驗表明長直載流導線與之平行放置的磁鍼受力偏轉—電流的磁效應磁鍼是在水平面內偏轉的——橫向力突破了非接觸物體之間只存在有心力的觀念——拓寬了作用力的類型意義揭示了電現象與磁現象的聯繫宣告電磁學作為一個統一學科誕生歷史性的突破此後迎來了電磁學蓬勃發展的高潮13評價Ampere寫道：“Oerster先生……已經永遠把他的名字和一個新紀元聯繫在一起了”．Faraday評論說：“它突然打開了科學中一個一直是黑暗的領域的大門，使其充滿光明”．14相關實驗9.18Ampere圓電流對磁鍼作用9.25Ampere平行電流對磁鍼作用9.25Arago

鋼片被電流磁化15磁鐵對電流的作用Ampere通電導線受馬蹄形磁鐵作用而運動16Ampere螺線管與磁鐵相互作用時顯示出N極和S極17確定載流螺線管極性

實驗表明載流螺線管相當於磁棒，螺線管的極性與電流成右手螺旋關係18一系列實驗表明

磁鐵————

磁鐵

電流————

電流

都存在相互作用19愛因斯坦指出：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要，因為解決一個問題也許僅是一個數學上或實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要有創造性的想像力，而且標誌著科學的真正進步。”20研究課題畢奧－薩筏爾的研究課題安培的研究課題電流產生磁的逆效應電、磁相互作用的傳遞問題21畢奧－薩筏爾的研究課題尋找電流元對磁極作用力的定量規律認為電流對磁極的作用力是自然界的基本力受Oester橫向力的影響，認為每一個電流元對磁極的作用力也垂直於導線與磁極構成的平面困難是無孤立的電流元

22關鍵是找到幾何關係把電流分割成許多電流元還和幾何因素如有關即解決了電流產生磁場的規律（見下節）23安培的研究課題幾乎在同樣的背景下，安培提出的問題更深入，顯示出大師的風範安培認為：磁現象的本質是電流物質的磁性來源於“分子”電流這是安培根據實驗的種種表現作出的重要的抽象24“分子”電流所謂“分子”，是指構成物質的基元，當時對物質結構和分子、原子的認識還很膚淺

每個分子都有電流環繞著，當分子排列整齊時，它們的電流合起來就可以滿足磁棒的磁性所需要的電流

磁化可視為使物質中的分子電流排列整齊顯示出總體效果25以“分子電流”取代磁荷

——能解釋磁棒與載流螺線管的等效性可將種種磁相互作用歸結為電流之間的相互作用提出尋找任意兩個電流元之間作用力的定量規律——即可解決磁相互作用的問題26磁場電場

磁場

磁鐵電流磁場電流磁鐵電荷在它周圍的空間產生一個電場電場對於任何置於其中的其他電荷有力的作用磁極或電流在自己周圍的空間產生一個磁場磁場對於任何置於其中的其他磁極或電流有力的作用。271.3安培定律

問題的提出

穩恒電流只能存在於閉合回路中，而閉合回路的形狀和大小可以千變萬化兩載流閉合回路之間的相互作用又與它們的形狀、大小和相互位置有關。

解決的方法：電流元法

（1）電流元1給電流元2的力28（2）電流元相互作用力的方向的討論兩電流元共面情形

表明:

當時，

電流元1對電流元2無作用電流元1對電流元2作用最大當時，

普通情形

dl2不在dl1和r12組成的平面Ⅱ內表明：

當與平面Ⅱ內垂直時，電流元1對電流元2無作用當在平面Ⅱ內時，作用力最大29歸納以上因素，則有寫成等式有（式中k與單位的選擇有關）（3）dF12的方向在dl1和r12組成的平面Ⅱ內，並與dl2垂直得向量式——安培定律的運算式被Maxwell譽為“科學中最光輝的成就之一”．Ampere本人則被譽為“電學中的Newton”．30例題2：求一對平行電流元之間的相互作用力，二者都與聯線垂直。（p88）例題3：求一對垂直電流元之間的相互作用力，其中電流元1沿聯線，電流元2垂直於聯線。（p88）31“安培”這個基本單位的定義和絕對測量，正是以安培定律為依據的。

式中力的單位為N＝kg·m／s2，長度的單位為m，比例係數k為

1.4電流單位——安培

並取這樣確定下