第八章 恒定电流的磁场1.ppt

课 件 公邮： putongwulixue@gmail.com 密码： putongwulixue2010 1 第八章 恒定电流的磁场 本章教学目的及要求 1、理解恒定电流、电流密度和电动势的概念； 2、掌握磁感应强度的概念和毕奥 · 萨伐尔定律及 其应用； 3、掌握稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理及 应用； 4、了解带电粒子在电场和磁场中的运动。 2 • 粗细不均匀的 金属导线。 • 电流 I 标量， 方向 :正电荷运动的方向 • 电流密度矢量 方向 ： 正电荷运动的方向。 大小 ： 等于从 垂直于电荷运动方 向的单位截面上流过的电荷量 。 §8-1 恒定电流 一、电流 电流密度 电流就是电流密度穿 过某截面的通量。 • 电流与电流密度的关系 3 电阻法勘探矿 藏时的电流 粗细均匀的 金属导体 粗细不均匀 的金属导线 半球形接地电 极附近的电流 几种典型的电流分布 同轴电缆中 的漏电流 4 二、电源的电动势 BA + ++ + -- --+q -q 非静电力 Fk 电源 —— 提供非静电力的装置，或称电泵 。 Fk 导体内形成 持续电流 的条件： 载流子、电势差 • 电源把其他形式的能量转化为电势能 。如化学 电池、发电机、热电偶、硅（硒）太阳能电池、 核反应堆等。 5 非 静电力的作用： 电源外部 ： 提供恒定电场， 静电力 使 正电荷从电势高的地方向 电势低的地方运动 。 电源内部 ： 两种力同时存在！方向相反。 非 静电力 使正电荷从电势低的地方（电源负极）再 回到电势高的地方（电源正极）， 形成恒定电流。 +++ +++ -- --- - + 静电力 + 静电力 非静电力 闭合电路电流的形成 6 非静电场的场强 ： 电动势 ： 定义 ： 电动势  等于将单位正电荷从电源负极沿 内电路移到正极过程中非静电场力做的功 。 + (内电路 ) 标量，方向 • “非静电场的电场强度 ”沿整个闭合电 路的环流不为零，等于电源的电动势！ 这是 “非静电场 ”与静电场的区别。 7 §8-2 磁感应强度 一、基本磁现象 • 可吸引铁，钴，镍等物质； • 有 N， S两极； • 同名磁极相斥，异名相吸； • 磁单极子不存在。 8 奥斯特 ： 载流导线附近的磁针受磁力作用 发生偏转。 安 培 ： 磁铁附近的载流导线受磁力作用 ，发生运动； 载流导线之间也有相互作用 ，总结两电流之间的 作用力两磁铁之间的力同属 磁力 。 安培分子电流假说 ：分子电流相当于一个基元磁体，物 质对外显示出的磁性，是分子电流在外界作用下趋向于同 一方向排列的结果。 磁现象的电本质： 运动的电荷产生磁场 磁现象与电现象有没有联系？ 静电场静止的电荷 运动的电荷 电场和磁场 9 电流 磁场 电流二、磁感应强度 * 的方向 —— 利用小磁针探测磁场的方向 。 * 的大小 —— 研究 运动电荷 在磁场中受力 。 引入运动电荷 ， 实验发现： 1、 磁场力的方向总是与电荷运动方向垂直； 磁感应强度 的 大小 ： 方向 ：用 正电荷 的 方向确定 B矢量的方向。 •地球磁场单位 ： T 10 三、磁感应线和磁通量 ü 磁感线的 疏密 反映 磁场的强弱； ü 磁感线上各点的 切线方向 表示 此处 磁场的方向 。 1. 磁感应线（磁感线） —— 磁场的定性描述 • 磁感应线的性质： 任何磁场中，每一条磁感应线都是 与闭合 电流相互套连 的，无头无尾的 闭合曲线 ，磁感应 线之间 互不相交 ，且磁感应线的环绕方向和 电流流向呈 右手螺旋关系 。 11 2. 磁通量 : 穿过磁场中任一给定曲面的磁感应线总数。 通过 面元 dS的磁通量： 通过 有限曲面 S的磁通量： 磁感应强度又称 磁通量密度 。 12 §8-3 毕奥 –萨伐尔定律 一、毕奥 –萨伐尔定律 Pdq 回顾求 任意形状带电体产生的电场 ： 线电流 电流元 方向 大小 P 类似方法计算 任意形状电流产生的磁场 ： 13 真空中 （ SI） : 有限长线电流产生的磁场 ： 毕奥 –萨伐尔定律 真空磁导率： 体现出磁感应强度 B的叠加原理！ 14 二、运动电荷的磁场 单位时间内通过横截面 S的 电荷即为电流 I： 电流元 Idl在 P点产生的磁感应强度： 设电流元 ，横截面积 S， 载流子： P 15 电流元 Idl内带电粒子数目 ： （适用于 v R， z= r， 等效磁偶极子 I试与电偶极子 轴线上远处的电场强度 公式比较： 讨 论 22 • 取 P点为坐标原点， x 轴与轴线重合。 xx+dx之间的 ndx匝线圈相 当于电流为 nIdx的一个圆电 流 ，在 P点产生的 大小为 方向 ：沿 x轴正方向。 所有圆电流产生的 方向相同。 设 螺线管 半径 R， 通有电流 I， 单位长度上匀绕 n匝线圈，每匝线圈可近似看作平面线圈，计算 轴线 上 任一点 P 的磁感应强度。 3. 螺线管电流轴线上的磁场 x dx x R P n 23 x dx x R P n 24 1. 若螺线管无限长， 螺线管电流轴线 上的磁感应强度 讨论 2. 左端点： 右端点： 25 例 8-4 在实验室中，常应用 亥姆霍兹线圈 产生 所需的不太强的 均匀磁场 。它是由 一对相同半 径的同轴载流线圈 组成，当 它们之间的距离等 于它们的半径 时，试计算两线圈中心处和轴线 上中点的磁感应强度。 26 设两个线圈的半径为 R， 各有 N匝，每匝中的 电流均为 I， 且流向相同。 解： • 两线圈在轴线上各点的场强方向均沿轴线向右 ，在 圆心 O1、 O2处 磁感应强度相等， 27 • 两线圈间轴线上 中点 P处 ，磁感应强度为 28 在 P点 两侧各 R/4处 的 Q1、 Q2 两点处磁感应强度： 轴线上中点附近的场强近似均匀。 29 一、恒定磁场的高斯定理 ü 穿过任意闭合曲面 S的总磁通必然为零，意味着 磁场是无源场。 由磁感应线的闭合性可知，对任意闭合曲面， 穿入的磁感应线条数与穿出的磁感应线条数相同 ，因此，通过任何闭合曲面的磁通量为零。 恒定磁场的高斯定理 §8-4 恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 恒定磁场的高斯定理 • 磁感应线是无 头无尾闭合 线，恒定磁场是无源场！ • 自然界无磁单极 静电场的高斯定理 • 电场线起自正电荷 , 止于 负电荷静电场是有源场！ 30