畢奧薩伐爾定律電磁物理學(xué).ppt

2019年7月14日4時46分,1,大學(xué)物理學(xué),任課教師：鄭 殊 (大學(xué)物理教學(xué)研究中心) 聯(lián)系電話：84706101-601 辦公地點：物理與光電工程學(xué)院401室 E-mail: ,2019年7月14日4時46分,2,關(guān)于本課程：,1、講課內(nèi)容： 第8章至第21章（10.6，20.2，21.1，21.4，21.5不講）；,2、期末考試占90%，平時成績占10%；平時成績以作業(yè)和幾次 階段小測試為準(zhǔn)； (綜合樓405室購買作業(yè)，以自然班為單位，周二、周五晚上6:00-8:00),3、課程答疑時間：每周一、二、四、五下午3:30-5:00， 地點：綜合樓302室；,4、大學(xué)物理網(wǎng)頁：,2019年7月14日4時46分,3,第八章 恒定磁場,靜止電荷在其周圍產(chǎn)生靜電場；運(yùn)動電荷即電流在其周圍也會產(chǎn)生電場。當(dāng)電流不隨時間變化時，這電場是穩(wěn)恒電場。 本章我們會講到在運(yùn)動電荷周圍也會產(chǎn)生磁場。,運(yùn)動電荷之間的相互作用是通過 電場和磁場傳遞的。,2019年7月14日4時46分,4,自然界的各種基本力可以互相轉(zhuǎn)化。究竟電是否以隱蔽的方式對磁體有作用？,17世紀(jì)，吉爾伯特、庫侖曾認(rèn)為：電與磁無關(guān)！,1731年 英國商人,雷電后，刀叉帶磁性！,1751年富蘭克林,萊頓瓶放電后，縫衣針磁化了！,1812年 奧斯忒,一、磁力與磁現(xiàn)象,8.1 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度,2019年7月14日4時46分,5,1820年4月奧斯忒在哥本哈根大學(xué)講學(xué),電與磁,接通電源時，放在邊上的磁針,I,1820年7月21日，以拉丁文報導(dǎo)了60次實驗的結(jié)果。,在歷史上第一次揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的聯(lián)系，對電磁學(xué)的發(fā)展起著重要的作用。,1、奧斯特實驗（電流的磁效應(yīng)）,2019年7月14日4時46分,6,2. 兩段平行放置的并兩端固定的導(dǎo)線,同向相吸,異向相斥,事實說明：運(yùn)動電荷在其周圍不僅會產(chǎn)生電場，也會產(chǎn)生磁場。則在其間的運(yùn)動電荷就會受到這兩個場施于它的力。,電流（運(yùn)動電荷）,電場 磁場,電流（運(yùn)動電荷）,描述磁場性質(zhì)的物理量用磁感應(yīng)強(qiáng)度 來描述。,2019年7月14日4時46分,7,靜止電荷,靜止電荷,運(yùn)動電荷,運(yùn)動電荷,3. 磁場只對運(yùn)動電荷起作用,靜止電荷,運(yùn)動電荷,相互作用,電,電,電+磁,2019年7月14日4時46分,8,二. 磁場 磁感應(yīng)強(qiáng)度,一穩(wěn)恒電流 I ，在其周圍存在 電場，場強(qiáng)為,一試驗電荷q0 靜止放在P點，則 其受到的電場力,2) 當(dāng)q0 是運(yùn)動的，通過P點的速度為 ，此時受的 力的大小與方向與上電場力都不同，設(shè)受力為,前一項與電荷運(yùn)動速度無關(guān) 后一項與電荷運(yùn)動速度有關(guān),2019年7月14日4時46分,9,與電荷運(yùn)動速度有關(guān)的力，稱為磁力；磁力僅僅對 運(yùn)動電荷才會出現(xiàn)，通常稱洛侖茲力。,1、磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?實驗表明：磁力的大小與 、 有關(guān)，與 成正比， 與 的方向有關(guān)。,磁線：運(yùn)動電荷沿此磁線方 向運(yùn)動時，不受磁力。,此B 稱為P 點 磁感應(yīng)強(qiáng)度 的大小,2019年7月14日4時46分,10,2、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,實驗表明：磁力的方向是沿 與磁線所 構(gòu)成的平面的法線方向。,當(dāng) 時，此時受的磁力最大,這時： 和磁線三者互相垂直,星際空間： 地球表面： 太陽表面：0.01T 回旋加速器磁體：1T 超導(dǎo)：100T P脈沖星：,2019年7月14日4時46分,11,3. 洛侖茲力公式,運(yùn)動電荷在磁場中受力為：,運(yùn)動電荷在電磁場中受力：,2019年7月14日4時46分,12,三、畢奧-薩伐爾定律,電流元：,由實驗總結(jié)：一電流元 在某點 P產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：,大小：,方向：,真空中的磁導(dǎo)率,1、畢奧-薩伐爾定律,2019年7月14日4時46分,13,一段長為L 的直導(dǎo)線其在 P 點產(chǎn)生 的 是各個 在該處產(chǎn)生的 的 矢量疊加。,2、應(yīng)用,簡單形狀載流導(dǎo)線的磁場,復(fù)雜的可看做是這 兩種簡單的疊加。,L,2019年7月14日4時46分,14,例1 載流直導(dǎo)線的磁場(導(dǎo)線長度為L，載流為I）,a,解： 的在 P 點的,O,P, 長為 L 的直導(dǎo)線在 P 點的,2019年7月14日4時46分,15,得：,方向：以直導(dǎo)線為軸線的圓周的切線方向，與電流構(gòu)成右手螺旋法則,2019年7月14日4時46分,16,特例：,1) 導(dǎo)線無限長時,2) 半無限長時,2019年7月14日4時46分,17,例2 載流圓線圈軸線上的磁場,解：電流元產(chǎn)生的磁場,垂直分量相互抵消，只剩 下平行分量的標(biāo)量疊加。, 載流圓線圈軸線上產(chǎn)生磁場,例2 載流圓線圈軸線上的磁場（半徑R，載流為I）,18,做代換：,這里 是 線圈所圍面積。,引入磁偶極子的概念：,磁矩：,2019年7月14日4時46分,19,特例：,1) 圓心處,2) 無限遠(yuǎn)處,2019年7月14日4時46分,20,任取電流元,在場點O的磁感強(qiáng)度方向 垂直紙面向外大小為,各電流元的磁場方向相同 大小直接相加,也可直接計算圓心處的磁場：,2019年7月14日4時46分,21,方向 ,解：,例4 一條載有電流I的無限長導(dǎo)線彎成圖示形狀。 求O點的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。,2019年7月14日4時46分,22,所有dB 的方向都一樣： ,I,x,0,x,P,d,dx,2019年7月14日4時46分,23,例6 長為 的直螺線管軸線上的 ，半徑為R，單位 長度的匝數(shù)為 n 的中心軸線上的磁場。,O,x,x,dx,取一dx 段螺線管元,2019年7月14日4時46分,24,代換：,特例：,1) 無限長螺線管,2) 在螺線管的兩個端點,任何密繞細(xì)長螺線管內(nèi)部 軸線上的磁場是勻強(qiáng)的,x,R,2019年7月14日4時46分,25,例7 內(nèi)外半徑分別為R1 、R2 ，面電荷密度為的均勻帶電非導(dǎo)體平面圓環(huán)，繞軸線以角速度旋轉(zhuǎn)時，求圓環(huán)中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解：,當(dāng)平面圓環(huán)旋轉(zhuǎn)時，其上電荷作圓周運(yùn)動形成電流，在空間激發(fā)磁場。,平面圓環(huán)上的電流可看成是半徑連續(xù)變化的圓形電流的疊加,取半徑為r，寬為dr的細(xì)圓環(huán)，其上電流為,該電流在環(huán)心處激發(fā)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,方向垂直平面圓環(huán),R2,R1,o,