赵凯华 电磁学 第三版 第四章 稳恒磁场(1) 51 pages

1、第四章(真空中)是稳恒电流的磁场，概述了磁现象的研究和发展。1820年9月，阿拉戈旅行一段时间后回到法国，并带来消息说，丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应，这在法国科学界引起了轰动。安培、毕奥和萨伐尔很快对此效应进行了定量研究。安培独立研究了平行载流导体之间的相互作用，并通过一系列实验(教科书中的小字)发展了这种相互作用。毕奥和萨伐尔合作研究，发现载流长直导线对磁极的影响与距离r成反比。这是人们首次获得电流磁效应的定量结果，并确定电流对磁极的作用力为横向力。拉普拉斯参与了实验分析，并推导出电流元产生磁场的毕奥定律和萨伐尔定律。奥斯汀发现电流磁效应六个月后，他基本上建立了电流磁场的知识体系。电磁学：

2、一门电和磁相结合的新学科。在1820年(库仑实验：1784-1785)之前，人们认为磁和电是不相关的物理问题。1820年，丹麦奥斯特电流的磁效应揭示了运动的电产生磁性。发现的意义：电磁学是相互关联的。作业：p255思考问题2 6，10，20，25，30，1。磁学的基本现象和规律，1.1不同的磁作用形式，n，指南针导向原理，s，作用规律：同性相斥，异性相吸，(2)电流线磁铁(奥斯特电流磁效应实验)，实验现象，实验结论，电流电流的本质是运动电荷，它产生磁场，磁电关系，历史真相和启示：(1)机遇总是要注意有准备的头脑。奥斯特信奉康德哲学，认为世界上各种力量可以相互转化；(2)技术发展是推动科学发展的

3、动力电池发明，为磁电效应研究奠定基础，重视实验研究；(3)对我国科技资源创新困境的思考。问题，电流对磁铁有影响磁铁对电流有影响吗？结论：载流导体像磁铁一样，不仅是磁性的，而且受磁力的影响。实验、结论：作用规律是同方向的电流相互吸引，不同方向的电流相互排斥。电流磁作用也有极性特征，电流，概述：磁作用的表现形式，分析，电荷之间的库伦力是通过电场传递的，以上所有的作用都应该有相同的作用机制，而以上的力也应该通过一种场传递，3。磁场，磁场，哪一个是磁场，一个问题，一种生产方式？还是两种生产方式？磁场的概念最早是由法拉第提出的，这在当时是物理学中的一项开创性工作。爱因斯坦认为磁场的值比电磁感应的值高得多

4、。学习过程：力场，物理起源：电磁场，粒子电磁力。分析和实验表明，具有相同的磁特性，磁场的来源应该是相同的。1822安培提出磁体的最小单位(磁分子)是环形电流，这些分子定向循环，宏观上表现为n极和s极。图形，氮，硫，磁铁内部分子电流相互抵消，为什么这是一个假设？安培提出了分子循环，但是在安培的时代，物质的分子和原子模型还没有建立。因此，安培模型是一个假设。，现代观点，材料成分：分子，原子，原子：原子核(正)电子(负)，电子围绕原子核旋转，分子循环，经典模型，磁场的起源，相互作用模型的统一，运动电荷，导线中的分子循环，电流，分子循环磁铁，电流，磁场，导电载流导线。库伦力和磁力的区别，运动电荷之间的

5、作用，静止(相对静止)电荷之间的作用，安培定律，库伦力，磁力的对比，定量描述定律，磁力，库伦力，库伦定律？法律地位，基本法，高斯循环，(应该是)基本法，近似点电荷可以通过实验获得，相对简单明了，难以研究，相对简单复杂，没有简单的电流元素(稳流必须形成闭环)，历史过程，相对曲折(b，h，磁荷观点)，教学过程，简单简化处理，3。安培定律，研究内容：两个电流元素之间的磁相互作用力，解释：(为什么？研究过程：提出假设，设计四个实验。根据实验结果，通过数学分析得出安培定律。说明：实验2矢量和，导出安培定理的四个指示零的实验，实验1电流反转，实验4:力和几何标度，d1:d2=n33601，d1，d2，安培

6、假设：两个电流元之间的相互作用力是沿着它们的连线的，安培定理的数学表达式，安培的初始数学表达式，误差1:力是沿着电流元之间的连线的安培定理的正确数学表达式，这与安培(自我验证)的实验结果是一致的。安培定理的数学表达式、df12的方向与电流元件的空间方向的关系、df12的大小与平面一和垂直于平面二的电流元件参数的关系见下页。当前元素dl1和dl2的值在同一平面上。问题1:库仑定律用语言表达，为什么安培定律不用语言表达？维度，数值，问题2:如何记忆公式？结合b-s公式、洛仑兹力公式、安培定律，分析了作用在并联电流元件上的力。同样的分析：反向电流相互排斥。问题：作用在有限平行电流线上的力。安培定律分

7、析作用在垂直电流元件上的力。问题：磁力作用不符合牛顿第三定律。本节讨论问题3、4。磁感应强度矢量(磁场强度？)，(1)通过与电场强度的比较，引入磁感应矢量，点电荷的电场强度和两点之间的库伦力，q2视为试电荷，q1产生电场，电流元件的磁感应强度引入，两个电流元件之间的安培力，将视为试电流元件，磁场由、(2)产生，特性：尺寸：另一种确定方向的方法：b线形状：同心圆以d1和延长线为中心，右手定则，(3)闭合载流电路的磁感应强度，矢量叠加原理，两个电流元件的力，电流元件和闭合电路。两个：=0，然后由(见图)唯一确定，维数：单位：特斯拉(t)，高斯(gs)转换关系：1 t=104 gs，说明：高斯不是m

8、ksa有理单位(国际单位制中的电磁学部分)，特斯拉是mksa有理单位，mksa有理单位。附件：特斯拉单位稳态磁场过高，6 0t长脉冲磁场，80t无损脉冲磁场和100特斯拉级磁场。45t稳态磁场：美国国家强磁场实验室，该系统高6.6米，重35t，由液氦冷却至271.2摄氏度。佛罗里达州美国国家强磁场实验室的稳态磁场(45t，世界纪录)。洛斯阿拉莫斯科学技术杂志实验室洛斯阿拉莫斯实验室(脉冲磁场)，高温核聚变中的磁场线圈，是电磁学发展中的一个历史性“错误”。在早期的磁学研究中，磁场强度被用来测量天然磁铁产生的磁场强度。当分子电流解释的磁场产生时：磁感应强度，磁场强度，(与电场线的作用相同)，直观地

9、描述磁场的空间分布，大小：通过单位面积的磁感应线的数量(或磁通量，这将在后面教)，方向：磁感应线上各点的切线方向；b线密度：b强，b线稀疏性：b弱，封闭(后来证明)，biosa-vaal定律的表达式，微分形式(电流元)，积分形式(闭环)，形状，电流元的b线是圆环吗？如何理解？比较：点电荷的电子线和任意带电体的电子线。家庭作业p367，问题3，p370，问题19，p372，问题30、2。用毕萨-瓦尔定律计算磁场，(1)载流直导线，(2)对称分析，轴对称分析，取任意平面分析，(3)分流元件，分析元件磁场方向。积分的上限和下限被转换成关于某个变量的函数(这里)。积分方法：l，r与：取微分，将dl，r

10、代入积分公式，讨论，(a)b的空间分布，径向：b随r0的增加而减小，轴向：b在z1=z2时取最大值，(b)载流！记住结果？(c)场点p足够靠近导体：r0l，(d)解2:通过矢量差来理解，(2)载流圆形线圈轴上的磁场，使用圆柱坐标系、=0，讨论，(1)轴上的b，(2)轴向分布，以及(3)特殊空间位置的磁场。当磁偶极子、轴、场点不在极轴上时，电磁对称性和场量的表达形式是相同的。(2)轴外的b，br0，b没有解析式，用椭圆积分函数计算。(3)螺线管轴上的磁场，解决的关键点：不会，单位长度匝数：n，dl，单位长度电流：ni，单位长度电流：ni* dl，由螺线管几何尺寸和p点位置决定。载流流体的固定形状

11、和大小决定了磁场分布，而两点之间的比值b与i、元电流回路电流、元磁场、积分、积分变化、代换、z0:常数、z:变量、3、分流元件、电流元件定位、磁场中的高斯定理和安培定理，(a)典型载流流体的磁场线，(b)磁场线的特性，(1)闭合、 或者从无穷大或发散到无穷大，(2)线b围绕着载流流体，(3)线b遵循右手定则，引入电流，(3)物理定律决定磁场线的特性？b线性质，(d)直接描述磁场线(磁场)特性的物理定律，静电场，静磁场，库仑定律，高斯定理，环路定理，毕萨瓦特定律，磁场“高斯定理”，安培环路定理，磁场中的高斯定理，(a)磁通量单位，1韦伯=特斯拉计2，(b)闭合表面的磁通量特性磁场中的“高斯定理”，静电场高斯定理3360，稳恒磁场高斯定理：证明方法： 点电荷电场性质的叠加原理，证明方法：电流元磁场性质的叠加原理，b. (b)穿过闭合曲面，s，电流元磁场特性，电流元磁场磁通量的叠加，闭合曲面上闭合电流回路的总磁通量，(a) s是闭合曲面，(b) b是任意磁场，任意磁场的b线是连续闭合的。 注：闭合电流回路的磁通量：线(管)不是圆的，b线管的磁通量是连续的，说明磁场