新 10 稳恒电流的磁场.ppt

1、1,第十章 稳恒电流的磁场,10.1 电流 电动势 10.2 电流的磁场,10.3 磁场的高斯定理 10.4 安培环路定理,10.5 磁场对运动电荷的作用 10.6 磁场对载流导线的作用,10.7 磁场力的功,2,激发磁场,磁感应强度,毕-萨定律,磁场的高斯定理,磁场对载流线圈作用力矩,磁场的描述,磁场对运动电荷洛仑兹力,安培环路定理,磁场对电流元作用安培力,磁场性质；无源场、涡旋场,磁场对载流导体作用力,真空中的稳恒电流,受磁场作用,磁感应线,磁通量,叠加原理,微观本质：运动电菏的磁场,基本规律,磁场力、磁场力矩,3,激发磁场,真空中的稳恒电流,受磁场作用,基本规律,磁场力、磁场力矩,4,基

2、本场量,静电场（有源）,稳恒磁场（无源）,基元场,高斯定理,环路定理,场力,真空中静电场与恒磁场的对比,E、U（保守场）,B（涡旋场）,5,一、电流与电流密度,1、电流：大量带电粒子（载流子）的定向运动,金属：自由电子,半导体：自由电子、空穴,电解质溶液：正、负离子,绝缘体：无,10. 1 电流 电动势,6,7,方向：正电荷漂移运动的方向， 即该点电场强度的方向。,大小：等于垂直于该点电荷运动方向 的单位面积上的电流强度。,2、电流密度,电流强度：,恒定电流：电流强度不随时间变化,8,（2）电流线,一组疏密程度与电流密度矢量的大小成正比的曲线， 且曲线上任一点的切线方向都表示该点的电流密度矢量

3、 的方向。,通过某一截面的电流强度即为此截面上电流密度的通量。,9,I,10,二、电流连续性方程,则表示有电荷通过闭合曲面向外迁移,则表示有电荷进入闭合曲面,电流连续性方程,单位时间通过闭合面向外净流出的电荷量等于闭合面内单位时间电荷量的减少。,11,稳恒电流条件,12,三、电源 电动势,导体内存在稳恒电场 是形成稳恒电流的条件,外电路：静电力对正电荷作正功， 使它从高电势到低电势。 内电路：非静电力对正电荷作正 功，使它从电源内部的 负极板到正极板。,13,电动势：表征电源将其他能量转化为电能的能力,定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电 力所做的功.,电源电动势大小等于将单位正电荷从负

4、极经电源内部移至正极时非静电力所作的功.,14,一、一切磁现象都是起源于电流,战国末期：有 “慈石召铁，或引之也”的记载。,公元十一世纪：发明了指南针并发现了地磁偏角,1800年：伏特发明了电池,10. 2 电流的磁场,15,安培：,1820.9.18. 园电流对磁针的作用,16,1822年. 安培分子电流假说,1.磁现象的本质是电流,2.磁极不能单独存在,17,二、 磁 场 磁感应强度,磁场的特殊性: 满足叠加原理,I(或qv)在磁场中移动,磁场力作功。,18,2.磁感应强度,19,大小:,方向: 右手螺旋法则,讨论:,20,磁 场,电 场,21,1.实验基础,22,2.拉普拉斯定律:,磁感

5、强度叠加原理,23,四、毕萨拉定律的应用,解:,方向均沿 - z 轴的负方向,24,1）无限长载流长直导线,2）半无限长载流长直导线,25,解：,根据对称性分析知， 磁场仅有X分量,26,讨论：,1）,27,说明：只有当圆形电流的面积S 很小，或场点距圆电流很远时，才能把圆电流叫做磁偶极子.,3）,28,3. 载流直螺线管内部轴线上一点处的磁场,29,讨论:,(1) 无限长的螺线管,（2）半无限长螺线管,30,五、运动电荷的磁场,毕 萨定律,运动电荷的磁场,31,特征:,一、 磁感应线,10. 3 磁场的高斯定理,32,单位,33,34,三、磁场高斯定理,由于B线闭合,所以对任意闭合曲面,物理

6、意义：通过任意闭合曲面的磁通量必等于零 （故磁场是无源的.）,35,一、安培环路定理简单证明：,10. 4 安培环路定理,36,讨论：,37,3）回路内有多各电流,38,二、 安培环路定理的表述：,数学表达式：,注意：,1）穿过回路L的电流方向与L的环绕方向服从右手关系的 I 为正，否则为负。,39,三、安培环路定理的应用举例,40,41,2.载流螺绕环内的磁场,（1）管内,均匀磁场,42,（2）管外,43,的方向与 成右螺旋,44,一、带电粒子在磁场中的运动,1.带电粒子在匀强磁场中的运动,10. 5 磁场对运动电荷的作用,45,周期与速度无关。,（螺旋线运动）,圆周运动半径,螺距,46,2

7、. 带电粒子在非均匀磁场中的运动,且粒子受到一个与运动方向相反的力Fx ,此力阻止粒子 向磁场增强方向运动.最后使 沿磁场的运动被抑制，而被迫反转。象被“反射”回来一样。称为磁镜,47,二、 带电粒子在电场和磁场中运动的应用,48,49,50,加速的粒子能量，每十年提高一个数量级。能量范围在0.08Mev5105Mev. 能量的每次提高都带来对粒子的新发现。如1983年发现W、W、Z0粒子。,51,E.O. 劳伦斯 (1901-1957) 设计的 世界上第一台回旋加速器,52,中国第一台回旋加速器,53,中国科学院高能物理研究所 90Mev加速器,54,4、霍耳效应,H,55,*霍耳效应的经典解释,56,*霍耳效应的应用,3.测定UH 值,确定磁感应强度B,98年崔琦因量子霍耳效应理论获诺贝尔奖,1.实验测定RH ,确定材料的载流子浓度n,2.根据UH的符号确定材料的载流子类型 (电子或空穴),57,一、安培定律,一段载流导线在磁场中受力(安培力)为：,10. 6 磁场对载流导线的作用,58,59,均匀磁场中任何不闭合曲线电流等于对应的 直线电流所受之力,均匀磁场中任何载流的闭合电流受力等于零,60,解：,61,二、磁场对载流线圈作用的磁力矩,62,三、 平行载流导线的相互作用力,作用力为引力,2.电流反方向: 作用力为斥力,63,“安培”的定义,在真空相距