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1、第第7 7章章 稳恒磁场稳恒磁场任课教师：张艳任课教师：张艳稳恒电流所产生的不随时间变化的磁场稳恒电流所产生的不随时间变化的磁场称为稳恒磁场，又称静磁场；称为稳恒磁场，又称静磁场；虽然稳恒磁场和静电场的性质、规律不虽然稳恒磁场和静电场的性质、规律不同，但在研究方法上却有类似之处。同，但在研究方法上却有类似之处。稳稳 恒恒 磁磁 场场静电荷静电荷运动电荷运动电荷稳恒电流稳恒电流静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场电场电场磁场磁场 学习方法：学习方法： 类比法类比法7.1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度一、基本磁现象一、基本磁现象SNSNISN 磁性磁性同极相斥同极相斥异极相吸异极相吸电流的磁效应电流的磁
2、效应1820年年奥斯特奥斯特天然磁石天然磁石载流导线之间的磁相互作用载流导线之间的磁相互作用IFF运动电荷受到的磁作用运动电荷受到的磁作用电子束电子束NS+v1v2Fm1Fm2Fe电力电力Fe电力电力磁力磁力磁力磁力运动电荷之间的相互作用力运动电荷之间的相互作用力磁铁和电流在本质上是否一致？磁铁和电流在本质上是否一致？十九世纪法国安培的分子环流假说：组成磁铁的最小单元是环形十九世纪法国安培的分子环流假说：组成磁铁的最小单元是环形电流，大量的分子电流整齐地排列起来，在宏观上显示出磁性。电流，大量的分子电流整齐地排列起来，在宏观上显示出磁性。电流电流磁铁磁铁磁性的本源磁性的本源运动电荷运动电荷运动
3、电荷运动电荷相互作用相互作用磁场磁场磁感应强度磁感应强度运动电荷周围存在磁场运动电荷周围存在磁场磁场的宏观性质：磁场的宏观性质：对其中的运动电荷有力的作用对其中的运动电荷有力的作用磁场是一种物质，有质量、能量，是客观存在磁场是一种物质，有质量、能量，是客观存在磁力通过磁场传递磁力通过磁场传递 库仑相互作用库仑相互作用磁相互作用磁相互作用静止电荷静止电荷静止电荷静止电荷运动电荷运动电荷静止电荷静止电荷运动电荷运动电荷运动电荷运动电荷库仑相互作用库仑相互作用运动电荷在电磁场中受力：运动电荷在电磁场中受力：电场力，与电荷的电场力，与电荷的运动状态无关运动状态无关磁场力，运动电荷磁场力，运动电荷才受磁
4、力才受磁力 洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是力的基本关系式 洛仑兹力是相对论不变式洛仑兹力是相对论不变式 磁感强度磁感强度 (Magnetic Induction)(Magnetic Induction)或称磁通密度或称磁通密度 (magnetic flux density)(magnetic flux density) 单位：特斯拉单位：特斯拉(T)7.2 7.2 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律一.一.毕毕萨定律萨定律18201820年，法国物理学家毕奥和萨年，法国物理学家毕奥和萨伐尔通过精确测定直线电流对磁伐尔通过精确测定直线电流对磁铁的作用力发现直线电流产生的铁的作用力发现直线电流产生的
5、磁场磁场拉普拉斯从数学上推导出电拉普拉斯从数学上推导出电流元流元 的磁场的磁场方向由右手螺旋判定方向由右手螺旋判定因此，载流导线的因此，载流导线的磁场磁场: :真空中的磁导率真空中的磁导率方向由右手螺旋判定方向由右手螺旋判定写成矢量叉乘形式：写成矢量叉乘形式：二、叠加法求磁场二、叠加法求磁场1 1、取电流元、取电流元2 2、电流元的磁场、电流元的磁场 ，分析其大小及方向。，分析其大小及方向。同向叠加，同向叠加， 否则，否则，i=xi=x、y y、z z3 3、积分，得出结果、积分，得出结果例例1 1 求直线电流的磁场求直线电流的磁场取电流元取电流元磁感强度磁感强度 大小大小方向方向同同向向叠叠
6、加加P Pa ay yo o讨论：无限长直电流讨论：无限长直电流 a a 0,其定向速度其定向速度+因为有因为有作用，作用， 侧堆积正电荷，侧堆积正电荷，侧出现负电荷侧出现负电荷与电流方向同向。与电流方向同向。所以产生所以产生的电场的电场指向指向显然显然对对q的作用力的作用力:此时载流子将作匀速直线运动，同时此时载流子将作匀速直线运动，同时两侧停止电荷的继续堆积，从而在两侧停止电荷的继续堆积，从而在建立一个稳定的电势差建立一个稳定的电势差两侧两侧大小：大小：方向：沿方向：沿Z轴负向轴负向当当时，时，即即时，时，V+ + + + + + +由上式可知，霍耳系数和载流子的浓度由上式可知，霍耳系数和
7、载流子的浓度 n 成反比，成反比，因此，半导体的霍尔效应比导体强很多。因此，半导体的霍尔效应比导体强很多。K : 霍耳系数，它是和材料的霍耳系数，它是和材料的性质有关的常数性质有关的常数可以利用霍耳效应电位差判断载流子电荷的正负，可以利用霍耳效应电位差判断载流子电荷的正负，即半导体的类型（即半导体的类型（P型还是型还是N型）。型）。安培定律安培定律 大小大小方向判断方向判断安培力安培力电流元在磁场中受到的磁力电流元在磁场中受到的磁力右手螺旋右手螺旋长为长为 L 的一段的一段载流导线受到载流导线受到的磁力的磁力:此即安培定律的数学表示式此即安培定律的数学表示式 B1、载流直导线载流直导线取电流元取电流元受力大小受力大小方向方向积分积分结论结论均匀磁场均匀磁场中载流导线所受安培力中载流导线所受安培力方向方向2、任意形状导线、任意形状导线取电流元取电流元受力大小受力大小积分积分取分量取分量1lI磁场对载流线圈的作用力磁场对载流线圈的作用力2l相互抵消。相互抵消。磁场对载流线圈的磁力矩磁场对载流线圈的磁力矩d1l.载流线圈的载流线圈的磁矩磁矩1lI2l
