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1、第四章 (真空中)稳恒电流的磁场 magnetic,1820年 奥斯特 磁针的一跳,1 基本磁现象,field,电流的磁效应,法国物理学家迅速行动,阿拉果 安培 毕奥 萨伐尔 拉普拉斯,从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间 说明科学家的锲而不舍的精神,2 磁场 磁感强度一.磁场电流 或运动电荷周围既有电场 又有磁场磁场的宏观性质：对运动电荷(或电流)有力的作用磁场有能量 二.磁感强度运动电荷在电磁场中受力：,洛仑兹力公式, 洛仑兹力是力的基本关系式 洛仑兹力是相对论不变式, 磁感强度,(Magnetic Induction)或称磁通密度 (magnetic flux densit
2、y),单位：特斯拉(T),无头无尾 闭合曲线,3 磁力线 磁通量 磁场的高斯定理一.磁力线1. 典型电流的磁力线2. 磁力线的性质,二. 磁通量,单位：韦伯(Wb),与电流套连,与电流成右手螺旋关系,三. 磁通连续原理（磁场的高斯定理）,4 毕萨拉定律及应用一. 毕萨拉定律电流元 current element,微分形式,无源场,真空中的磁导率,例1 求圆电流中心的磁感强度,解：任取电流元,在场点O的磁感强度方向垂直纸面向外大小为,各电流元的磁场方向相同 大小直接相加,H/m,例2 平面载流线圈的磁矩 磁偶极子,magnetic (dipole) moment,定义平面载流线圈的磁矩,如果 场
3、点距平面线圈的距离,则称为磁偶极子磁偶极矩,电偶极子磁偶极子,电偶极矩磁偶极矩,场量的表达形式相同,- +,例3 直电流磁场的特点1)场点在直电流延长线上,2)长直载流导线 中垂线上一点,各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线,则有必然结果,5 安培环路定理及应用一.定理表述在恒定磁场中，磁感强度,沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的,倍。,空间所有电流共同产生的,在场中任取的一闭合线,任意规定一个绕行方向,L上的任一线元,与L套连的电流如图示的,代数和与L绕行方向成右螺电流取正如图示的电流,取正
4、,取负,二. 安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适的环路L，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。)例1 求密绕长直螺线管内部的磁感强度,总匝数为N 总长为通过稳恒电流 电流强度为,分析对称性 知内部场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系,由磁通连续原理可得,取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcda,由安培环路定理,均匀场,由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线 密绕螺绕环无限大均匀载流平面,(面)电流的(线)密度,(体)电流的(面)密度如图 电流强度为I的电流通过截面S,若均匀通过 电流密度为,(面)电流的(线)
5、密度如图 电流强度为I的电流通过截线,若均匀通过 则,6 磁力及其应用一.带电粒子在磁场中受力1.洛仑兹力,2.应用之一 霍耳效应,1879年美国物理学家霍耳发现：对应图中沿Z方向有电势差,霍耳效应,实验测定霍耳电势差,霍耳系数,可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：判定导电机制测量未知磁感强度,二. 载流导线在磁场中受力1.安培力公式,怎么计算电流受到的磁场力？安培指出 任意电流元受力为,整个电流受力,安培力公式,例1 在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30，求此段圆弧电流受的磁力。,解：在电流上任
6、取电流元,场均匀,方向,例2 如图 长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面 电流强度均为I求：相互作用力,解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？),2.载流线圈在均匀磁场中合力力矩,3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量,与静电场对比,第四章完本章编者：刘凤英 李钟泽,第五章 物质中的稳恒磁场,介质的相对磁导率,顺磁质抗磁质铁磁质,1 磁介质及其分类一. 磁介质的分类介质对场有影响 总场是,类比电介质中的电场,传导电流产生,与介质有关的电流产生,定义,在介质均匀充满磁场的情况下,二. 磁介质的磁化 磁化电流1. 分子电流 分子磁矩 磁偶极子每个分子等效一个圆电流,顺磁质抗磁质,磁畴,铁磁质,2.
7、磁化的微观解释1)顺磁性,方向与 方向相同,2)抗磁性分子中电子轨道角动量的旋进,电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内,轨道角动量绕磁场旋进,电子附加一个与磁感强度相反的磁矩,3.磁化电流由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子电流 ，如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。,三.磁化强度1.磁化强度2.磁化强度与磁化电流的关系,以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例,可以证明,类比电介质,2 磁场强度一.有介质时的环路定理,二. 三者的关系,普遍,特殊各向同性,3 铁磁质一. 铁磁质的宏观性质,1. 可使原场大幅度增加,2. 与磁化历史有关 B-H 非线性,3. 磁滞现象4. 居里温度二.铁磁性起因 量子理论 磁畴,
