第11章 恒定電流與真空中的恒定磁場(chǎng)1

第11章

恒定電流與真空中的恒定磁場(chǎng)11.1

恒定電流和恒定電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)11.2

恒定磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度11.3

畢奧—薩伐爾定律11.4

真空中磁場(chǎng)的高斯定理11.5

真空中恒定磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理11.6

磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷和載流導(dǎo)線的作用11.7

磁力的功內(nèi)容提要3/1/202411.1恒定電流和恒定電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)11.1.1電流形成的條件電流:大量電荷有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng).載流子:形成電流的帶電粒子的統(tǒng)稱.1.電流的種類：傳導(dǎo)電流:導(dǎo)體中電子或離子相對(duì)于導(dǎo)體定向運(yùn)動(dòng)所形成的電流.運(yùn)流電流:由帶電物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)形成的電流.

2.導(dǎo)體中形成電流的條件：(1)導(dǎo)體內(nèi)有可以移動(dòng)的自由電荷；(2)有維持電荷做定向移動(dòng)的電場(chǎng).3/1/20243.電流的定義單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體任一截面的電量.電流強(qiáng)度隨時(shí)間而變化，則：?jiǎn)挝唬喊才?A)11.1.2恒定電流和恒定電場(chǎng)恒定電流(直流電):

2.恒定電場(chǎng):維持恒定電流所需的電場(chǎng),其分布不隨時(shí)間變化.電流分布不隨時(shí)間變化.3/1/202411.1.3電流和電流密度大小：方向：?jiǎn)挝唬喊裁?2(Am-2)1.電流密度矢量

:通過(guò)垂直于載流子運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電流.正載流子的運(yùn)動(dòng)方向,即與外電場(chǎng)的方向相同.通過(guò)一個(gè)有限截面S

的電流強(qiáng)度為:即：電流強(qiáng)度是電流密度矢量通過(guò)S

面的通量.3/1/20242.電流密度與電流定向速度的關(guān)系設(shè)電子數(shù)密度為n的電子以速率u漂移,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)截面dS

的電流強(qiáng)度dI為:dd則電流密度的大小為:矢量式:表明金屬導(dǎo)體中的電流與電流密度均與自由電子的數(shù)密度和自由電子的漂移速率成正比．3/1/202411.1.5電源及電源電動(dòng)勢(shì)電容器放電過(guò)程：正電荷在電場(chǎng)力作用下從A板經(jīng)導(dǎo)線移到B板，與B板上負(fù)電荷中和.1.電源——不能形成恒定電流AB電源：能提供非靜電力的裝置.2.電動(dòng)勢(shì)把單位正電荷繞閉合回路一周時(shí)，非靜電力所做的功.電源電動(dòng)勢(shì)非靜電電場(chǎng)強(qiáng)度3/1/2024非靜電電場(chǎng)強(qiáng)度:AB電源表明電源電動(dòng)勢(shì)的大小等于把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所做的功．電源電動(dòng)勢(shì)的方向：從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極的方向.電源電動(dòng)勢(shì)的單位：伏特(V).3/1/20243/1/202411.2恒定磁場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度11.2.1磁性起源于電荷的運(yùn)動(dòng)1.基本磁現(xiàn)象磁性：能吸引鐵，鎳，鈷等物質(zhì)的性質(zhì);磁極：磁性最強(qiáng)的區(qū)域;磁力：磁極同性相斥，異性相吸;指向：懸掛的條形磁鐵會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向南北方向，指向北方的磁極為北極(N)，指向南方的磁極為南極(S).SN兩極不可分割，即“單極子”不存在3/1/20242.幾個(gè)重要實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)奧斯特實(shí)驗(yàn)表明：電流對(duì)磁極有力的作用安培實(shí)驗(yàn)磁現(xiàn)象與電荷的運(yùn)動(dòng)有著密切的關(guān)系.運(yùn)動(dòng)電荷既能產(chǎn)生磁效應(yīng)，也受到磁力的作用.表明3/1/2024一切磁現(xiàn)象都起源于電荷的運(yùn)動(dòng).分子電流作定向排列,則宏觀上就會(huì)顯現(xiàn)出磁性來(lái).3.安培分子電流假說(shuō)安培分子電流觀點(diǎn)：物質(zhì)的每個(gè)分子都存在著回路電流----分子電流結(jié)論3/1/202411.2.2磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B運(yùn)動(dòng)電荷

運(yùn)動(dòng)電荷

磁場(chǎng)1.磁場(chǎng)2.磁場(chǎng)的性質(zhì)

(1)對(duì)磁場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)電荷，或載流導(dǎo)線有力的作用;(2)磁場(chǎng)有能量.3.磁感應(yīng)強(qiáng)度——描述磁場(chǎng)大小和方向的物理量.實(shí)驗(yàn)：正試驗(yàn)電荷q0以速率v在磁場(chǎng)中沿不同方向運(yùn)動(dòng)受力：q03/1/2024實(shí)驗(yàn)結(jié)果:(1)F

v、B組成的平面；(2)

F大小正比于v、q0

、sin

;

(3)q0沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)=0;

q0垂直磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)=Fmax.定義磁感強(qiáng)度的大?。?jiǎn)挝唬禾厮估?T)方向：與的方向相同.q03/1/202411.3畢奧-薩伐爾定律11.3.1畢奧—薩伐爾定律靜電場(chǎng):取磁場(chǎng)：取畢－薩定律：

單位矢量真空中的磁導(dǎo)率大?。悍较颍河衣菪▌t

???P3/1/2024例如：P恒定磁場(chǎng)的計(jì)算步驟：(1)選取電流元或某些典型電流分布為積分元；(2)由畢--薩定律寫(xiě)出積分元的磁場(chǎng)dB；(3)建立坐標(biāo)系,將dB分解為分量式,對(duì)每個(gè)分量積分

(統(tǒng)一變量、確定積分上下限);(4)求出總磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、方向,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析.3/1/202411.3.2畢奧—薩伐爾定律應(yīng)用舉例1.載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)Ia解:求距離載流直導(dǎo)線為a處一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度P根據(jù)幾何關(guān)系l3/1/2024(1)無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線方向：右螺旋法則(2)任意形狀直導(dǎo)線PaI12討論IP3/1/2024Px2.載流圓線圈的磁場(chǎng)RxO求軸線上一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度根據(jù)對(duì)稱性方向滿足右手定則PxI3/1/2024(1)載流圓線圈的圓心處

(2)一段圓弧在圓心處產(chǎn)生的磁場(chǎng)I如果由N匝圓線圈組成右圖中,求O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度I123解:RO例:討論3/1/2024IIRO123(3)S定義磁矩3/1/2024例:

半徑為R的圓盤(pán)均勻帶電,電荷面密度為

.若該圓盤(pán)以角速度

繞圓心O旋轉(zhuǎn),求軸線上距圓心x處P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度