《《稳定磁场》ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《稳定磁场》ppt课件（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章,恒定磁场,7.1 恒定电流 电动势,7-1-1 恒定电流和恒定电场,电流 ：大量电荷的定向运动。, 导体中存在自由电荷；,形成电流的两个基本条件：, 导体中要维持一定的电场。,载流子：导体中承载电荷的粒子。,电流强度（I）：单位时间内通过导体任一横截面的电量 。,单位：安培,导体中通过任一截面的电流强度不随时间变化（I = 恒量）。,恒定电流（直流电）：,电流强度的方向：导体中正电荷的流向。,产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化,7-1-2 电流密度,电流密度：导体中单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电量为导体中某点处电流密度 的大小， 的方向为该点正电荷定向漂移的方向。,载流子
2、 浓度 n ；,载流子电量 q ；,载流子漂移速度,电流密度矢量：,通过任意曲面的电流强度 ：,7-1-3 电源和电动势,+,电源：提供非静电力的装置,外电路：电源外部的电路，电流从高电势向低电势运动。,内电路：电源内部正、负两极之间的电路，电荷克服静电场力作功，从低电势向高电势运动。,非静电场：非静电力与试验电荷电量的比值,电动势：将单位正电荷沿闭合回路移动一周的过程中，非静电性电场力所做的功。,伏特（V）,结论：电源电动势在数值上等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时非静电性电场力所作的功。,电源电动势的方向：电源内部电势升高的方向,即电源内部从负极指向正极，规定为电动势的方向。,7.
3、2 磁场 磁感应强度,7-2-1 磁的基本现象,司南勺,（1）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。,（2）具有磁极，分磁北极N和磁南极S。,（3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。,（4）磁极不能单独存在。,永磁体的性质：,地球是一个巨大的永磁体。,1820年4月，丹麦物理学家奥斯特（H.C.Oersted，17771851）发现了小磁针在通电导线周围受到磁力作用而发生偏转。,以上实验说明：,电流周围具有磁性。且电流与磁铁、电流与电流之间能够发生磁性相互作用。,磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。,1821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说：,一
4、切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子电流对外界的磁效应的总和。,物质由分子组成，分子,电子(-):绕核旋转，自旋,原子核(+):质子、中子,电子的运动形成电流，激发磁场。一个分子可能含多个原子，每个原子又可含多个电子。,一个分子所有运动着的电子激发的磁场，从总的效果看，相当于一个环形电流所激发的磁场，此环形电流分子电流,分子电流产生的磁场在轴线上；其方向用右手定则判定。,成功解释现象：,磁铁具有磁性和被磁化；,为什么不存在磁单极,总之：无论是磁铁，还是导线中的电流，它们的磁效应均起源于电流(即运动的电荷)
5、 磁场力是电荷之间的另一种力。,磁铁在外磁场中受到的力矩作用；,7-2-2 磁场和磁感应强度,运动电荷,磁场最基本的性质：,磁场对磁铁、电流、运动电荷均有磁作用力；,磁场-磁铁或电流周围存在的一种能显示磁力的物质。,一、磁场,稳定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。,载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对其作功。,与电场一样，磁场也是一种场类物质。,即磁场对磁极有力的作用；磁极与磁极之间的作用是通过磁场来实现的。,磁感应强度 的方向：,小磁针在场点处时其N 极的指向。,静电学中：,试验电荷 受力,定义：电场强度,描述电场,稳恒磁场中：,描述磁场,运动电荷
6、 受磁力,定义：磁感应强度,反映磁场性质的物理量：磁感应强度,二、磁感应强度,实验：,（1）点电荷q0以某一速率v沿不同方向运动。,实验结果：,4. 电荷q0垂直磁场方向运动时，,3. 电荷q0沿磁场方向运动时，,（2）在垂直于磁场方向改变运动电荷的速率v，改变点电荷的电量q0。,在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量； 在磁场中不同场点，Fmax/q0v 的量值不同。,实验结果：,定义磁感应强度 的大小：,国际单位：特斯拉（T）,常用单位：高斯（G）,注：磁感应强度是描述磁场强弱的位置点函数。按其意义应称为“磁场强度”。由于历史原因，一般称为磁感应强度。,三、 磁场服从叠加原理,实验表
7、明，运动电荷在磁场中所受的磁场力为：,洛伦兹力的方向由电荷的正负和右手螺旋法则决定。,洛伦兹力的特点：力恒与电荷速度方向垂直，故 洛伦兹力不作功。,7-2-3 磁感应线,1.磁感应线上任一点的切线方向都与该点的磁感应强度的方向一致。 2.垂直通过单位面积的磁感应线条数等于该处磁感应强度B的大小。,磁感应线（B线）：,直线电流的磁感应线,磁感应线为一组环绕电流的闭合曲线。,圆电流的磁感应线,通电螺线管的磁感应线,磁感应线的特点：,1、磁感应线是连续的，不会相交。,3、磁感应线是围绕电流的一组闭合曲线，没有起点，没有终点。,2、磁感应线的回转方向与电流方向成右手螺旋关系。,7.3 毕奥-萨伐尔定律
8、,毕奥和萨伐尔用实验的方法证明：长直载流导线周围的磁感应强度与距离成反比与电流强度成正比。,7-3-1 毕奥-萨伐尔定律,毕奥-萨伐尔定律：,电流元在空间任一点P产生的磁感应强度 的大小与电流元 成正比，与距离r 的平方成反比，与 和电流元 到场点P 的位矢之间的夹角 的正弦成正比。其方向与 一致。,真空中的磁导率： o= 410-7 TmA-1,7-3-2 毕奥-萨伐尔定律的应用,任意线电流在场点处的磁感应强度B 等于构成线电流的所有电流元单独存在时在该点的磁感应强度之矢量和。,磁感应强度的叠加原理：,1. 载流直导线的磁场 一载流长直导线，电流强度为I ，导线两端到P 点的连线与导线的夹角
9、分别为1和2 。求距导线为a 处P 点的磁感应强度。,无限长载流导线： 1= 0 , 2 = ,半无限长载流导线：1= /2 , 2 = ,2. 圆形载流导线轴线上的磁场 载流圆线圈半径为R，电流强度为I。求轴线上距圆心o为x处P点的磁感应强度。,圆心：（当 x = 0时）,场点P 远离圆电流（xR）时：,为圆电流的面积,磁感应强度的方向与圆电流的环绕方向呈右手螺旋关系。,面积 的正法线方向与环电流的流向成右手螺旋关系，其单位矢量 用表示。,N 匝环电流的磁矩：,环电流的磁感应强度：,磁偶极子,磁偶极子的磁场：圆电流产生的磁场。,3. 载流密绕直螺线管内部轴线上的磁场,螺线管半径为 R； 导线
10、中电流为 I； 单位长度线圈匝数 n,在螺线管上的 x 处截取一小段,由,方向由右手螺旋定则确定,无限长螺线管：,半限长螺线管：,1.选取合适的电流元根据已知电流的分布与待求 场点的位置； 2.选取合适的坐标系要根据电流的分布与磁场分 布的的特点来选取坐标系，其目的是要使数学运算 简单； 3.写出电流元产生的磁感应强度根据毕奥萨伐 尔定律； 4.计算磁感应强度的分布叠加原理； 5.一般说来，需要将磁感应强度的矢量积分变为标量 积分，并选取合适的积分变量，来统一积分变量。,解题步骤,例1.无限长载流平板，宽度为a，电流强度为I。求正上方处P点的磁感应强度。,解：,根据对称性： By= 0,例2.
11、半径为R的圆盘均匀带电，电荷密度为。若该圆盘以角速度绕圆心o旋转，求轴线上距圆心x处的磁感应强度以及磁矩。,解：,磁矩：,圆心：（当 x = 0时）,方向与电流方向成右手螺旋关系,7-3-3 运动电荷的磁场,运动电荷的磁感应强度公式：,方向垂直于 和 所组成的平面，其指向由右手螺旋法则判定。,每个载流子产生的磁场：,7.4 磁场中的高斯定理,7-4-1 磁通量,磁通量m：通过磁场中某一曲面的磁感应线条数。,单位： “韦伯”（Wb）,7-4-2 磁场中的高斯定理,在磁场中通过任意闭合曲面的磁感应强度通量等于零。,取曲面外法线方向为正。,磁场是无源场,磁感应线闭合成环，无头无尾； 不存在磁单极.,
12、7.5 安培环路定理,7-5-1 安培环路定理,安培环路定理：,在真空中稳定电流的磁场中，磁感应强度沿任意闭合路径L的线积分等于被此闭合路径所包围并穿过的电流的代数和的 倍，而与路径的形状和大小无关。,无限长直载流导线验证安培环路定理：,1. 电流穿过环路,2. 多根载流导线穿过环路,（3）电流在环路之外,注意：,2. 安培环路定理表达式中的电流强度是指闭合曲线所包围，并穿过的电流强度，不包括闭合曲线以外的电流。,3. 安培环路定理表达式中的磁感应强度B是闭合曲线内外所有电流产生的磁感应强度。,1. 不管闭合路径的形状如何，对任意恒定的电流来说，安培环路定理总是普遍成立的。,4. 电流的符号规
13、定：,当电流方向与积分路径的绕行方向构成右手螺旋关系时电流为正，反之为负。,5. 如果闭合路径所包围的电流与闭合路径相互套链N圈，则,1.对称性分析根据电流分布的对称性分析磁场分布的对称性；,解题步骤：,7-5-2 安培环路定理的应用,4. 解方程求出B的大小，指出B的方向。,3.根据环路定理列方程注意L的绕行方向与I的方向是否满足右手螺旋定则，从而决定电流代数和中I的正负号。,2.选取适当的闭合回路L标准有三 ：（1）待求B点必须在L 上；（2）环路L 上或L的各段上B与dl的夹角恒定，B的大小不变，这样才能将B从积分号中提出；（3）L的几何形状应尽量简单，以便计算；,1. 长直螺线管内的磁感应强度,穿过矩形环路的电流强度：,安培环路定理：,2. 螺绕环内的磁感应强度,3. 无限长载流圆柱形导体的磁场分布,（1）圆柱外的磁场：,（2）圆柱内的磁场：,
