穩(wěn)恒磁場-課件

穩(wěn)恒磁場§6、1電流電動勢一、電流、電流密度帶電粒子得定向運(yùn)動形成電流。方向規(guī)定:正電荷運(yùn)動方向1、電流強(qiáng)度:2、電流密度:描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)得電流分布情況2I定義:電流密度方向：單位:A·m－2若dS得法線與

成角

,則通過dS得電流3二、電動勢4１、非靜電力與電源一段導(dǎo)體內(nèi)得靜電電勢差不能維持穩(wěn)恒電流AB用電器非靜電力:能把正電荷從電勢較低得點(diǎn)(電源負(fù)極板)送到電勢較高得點(diǎn)(電源正極板)得作用力,記作Fk。5非靜電場強(qiáng):表示單位正電荷受到得非靜電力電源:能夠提供非靜電力得裝置２、電源電動勢定義:把單位正電荷從負(fù)極通過電源內(nèi)部移到正極時(shí),電源中得非靜電力所做得功

、方向:6用非靜電場強(qiáng)定義電源電動勢如果對整個(gè)回路進(jìn)行積分,即非靜電場強(qiáng)場得環(huán)流。這時(shí)電動勢得方向與回路中電流得方向一致。7§6、2磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度一、基本磁現(xiàn)象1、自然磁現(xiàn)象同極相斥,異極相吸天然磁石SNSN磁極和電荷得基本區(qū)別:磁鐵得兩個(gè)磁極不能獨(dú)立存在2、電流得磁效應(yīng)1819－1820年丹麥物理學(xué)家奧斯特首先發(fā)現(xiàn)電流得磁效應(yīng)8大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)ISN磁現(xiàn)象與運(yùn)動電荷之間有著密切得聯(lián)系。

1822年安培提出了用分子電流來解釋磁性起源NS電荷得運(yùn)動就是一切磁現(xiàn)象得根源。10二、磁感應(yīng)強(qiáng)度電流(或磁鐵)

磁場

電流(或磁鐵)1、磁場運(yùn)動電荷(電流)激發(fā)磁場。同時(shí)也激發(fā)電場。磁場對外得重要表現(xiàn)為:(1)磁場對運(yùn)動電荷(電流)有磁力作用(2)磁力作功,表明磁場具有能量。2、磁感應(yīng)強(qiáng)度磁矩:Ipmpm與I組成右螺旋試驗(yàn)線圈11磁場方向:規(guī)定線圈在穩(wěn)定平衡位置時(shí)得磁矩得方向磁感應(yīng)強(qiáng)度得大小:當(dāng)實(shí)驗(yàn)線圈從平衡位置轉(zhuǎn)過900時(shí),線圈所受磁力矩為最大,且單位:1特斯拉＝104高斯(1T＝104GS)12三、磁場中得高斯定理1、磁力線磁力線切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場方向。定量地描述磁場強(qiáng)弱,B大小定義為:13I直線電流磁力線I圓電流磁力線I通電螺線管磁力線(1)磁感應(yīng)線都就是環(huán)繞電流得閉合曲線,磁場就是渦旋場。(2)任意兩條磁感應(yīng)線在空間不相交。(3)磁感應(yīng)線方向與電流方向遵守右螺旋法則142、磁通量穿過磁場中任一曲面得磁感應(yīng)線條數(shù),稱為該曲面得磁通量,用符號Φm表示。S3、磁場中得高斯定理穿過任意閉合曲面得磁通量為零(1)磁力線就是無頭無尾得閉合曲線,(2)磁場就是無源場(無磁單極存在)15四、畢奧—薩伐爾定律1、穩(wěn)恒電流得磁場電流元IpdB得方向畢奧---沙伐爾定律16對一段載流導(dǎo)線若

=0或

,則dB=0,即電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。若

=

/2,則dB最大(其她因素不變下)2、運(yùn)動電荷得磁場電流得微觀形式I17若載流子得數(shù)密度為n,電量為q,運(yùn)動速度為u,則電流元Idl中載流子(運(yùn)動電荷)有dN個(gè)畢奧－沙伐爾定律得微觀形式18

qp

p19五、畢奧－薩伐爾定律得應(yīng)用1、載流直導(dǎo)線得磁場xyz0已知:真空中I、

1、2、a取電流元Idl,如圖P所有電流元在P點(diǎn)產(chǎn)生得磁感應(yīng)強(qiáng)度得方向相同設(shè)0P=a,則:20關(guān)于角得有關(guān)規(guī)定以O(shè)P為起始線,

角增加得方向與電流方向相同,則為正,反之,則為負(fù)。p0p0p021無限長電流得磁場半無限長電流得磁場直導(dǎo)線延長線上電流得磁場222、圓弧形電流在圓心產(chǎn)生得磁場

已知:R、I,圓心角為θ,求在圓心O點(diǎn)得磁感應(yīng)強(qiáng)度、任取電流元θrR方向:右手螺旋法則圓電流中心得磁場1/n圓電流得中心得磁場23§6、3安培環(huán)路定理一、安培環(huán)路定理在靜電場中在穩(wěn)恒磁場中IL1、任意積分回路242、積分回路不環(huán)繞電流AB253、積分回路環(huán)繞多個(gè)載流導(dǎo)線I4I5I1I2I3若電流流向與積分環(huán)路構(gòu)成右手螺旋,I取正值;反之,I取負(fù)值、26在真空中得穩(wěn)恒磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任意閉合曲線得積分(環(huán)流),等于該閉合曲線所環(huán)繞得電流得代數(shù)和得

0倍、稱為磁場中得安培環(huán)路定理說明:(1)B就是dl處得總磁場(2)只適用于穩(wěn)恒電流(閉合或延伸到∞)I1>0I2<0LS(3)右螺旋關(guān)系確定I內(nèi)i得正、負(fù);(4)說明磁場就是非保守場,有旋場。27二、安培環(huán)路定理得應(yīng)用求磁感應(yīng)強(qiáng)度1、

分析磁場分布得對稱性。2、

選擇一個(gè)合適得積分回路4.

再由求得B3、

計(jì)算閉合回路中包圍得電流281、無限長圓柱載流導(dǎo)體得磁場分布圓柱體半徑R,電流為II分析對稱性電流分布——軸對稱P0prds1ds1磁場分布——軸對稱29B得計(jì)算取同軸圓周為積分回路IPr>Rr<R30討論:分布曲線BRr0長直載流圓柱面。已知:I、RrROB312、長直載流螺線管內(nèi)得磁場分布

已知:I、n(單位長度導(dǎo)線匝數(shù))對稱性分析:管內(nèi)為均勻場,方向與螺線管軸線平行、管得外面,磁場強(qiáng)度忽略不計(jì)、B得大小得計(jì)算:作矩形環(huán)路abcd,如圖abcd323、載流環(huán)形螺線管內(nèi)得磁場分布已知:I、R1、R2,

N導(dǎo)線總匝數(shù)分析對稱性磁力線分布如圖0作積分回路如圖方向右手螺旋計(jì)算環(huán)流利用安培環(huán)路定理求33BrO說明:①B就是所有電流共同產(chǎn)生得環(huán)路外部得電流只就是對積分∮LB·dl無貢獻(xiàn)、②當(dāng)B無對稱性時(shí),安培環(huán)路定理仍成立只就是此時(shí)因B不能提出積分號外,利用安培環(huán)路定理已不能求解B,必須利用畢奧－薩伐爾定律及疊加原理求解、34§6、4磁場對載流導(dǎo)線得作用一、安培定律安培首先通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在磁場中任一點(diǎn)處,電流元Idl所受得磁力為大小:方向:積分形式

35載流直導(dǎo)線在均勻磁場中所受得安培力

取電流元受力方向力大小積分3637二、無限長兩平行載流直導(dǎo)線間得相互作用力

C、D兩導(dǎo)線得距離為a。電流方向相同I1I2aCDI2dl2I1dl1B2df1B1df238單位長度載流導(dǎo)線所受力為電流得單位安培可定義如下:在真空中相距1m得兩條無限長平行導(dǎo)線中通以相等得電流,若每米長度導(dǎo)線受到得磁力為2×10－7N,則導(dǎo)線中得電流定義為1A、

39解:例:求一無限長直載流導(dǎo)線得磁場對另一直載流導(dǎo)線ab得作用力。已知:I1、I2、d、LLxdba40三、磁場對載流線圈得作用勻強(qiáng)磁場對平面載流線圈得作用dabc設(shè)ab=cd=l2,

ad=bc=l1

pm與B夾角為

da邊:bc邊:ab邊:cd邊:41線圈在均勻磁場受合力f2和f/2產(chǎn)生一力偶矩jqf2f2/42說明:(1)M＝0穩(wěn)定平衡(2)M＝0非穩(wěn)定平衡(3)⊙43四、磁力得功1、磁力對載流導(dǎo)線做功設(shè)一均勻磁場B,ab長為l,電流IbdacIFa/b/在勻強(qiáng)磁場中當(dāng)電流不變時(shí),功等于電流乘以回路面積內(nèi)磁通量得增量442、載流線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)磁力矩所做得功M作功,使

減少45例:一半徑為R得半圓形閉合線圈,通有電流I,線圈放在均勻外磁場B中,B得方向與線圈平面成300角,如右圖,設(shè)線圈有N匝,問:(1)線圈得磁矩就是多少？(2)此時(shí)線圈所受力矩得大小和方向？(3)圖示位置轉(zhuǎn)至平衡位置時(shí),磁力矩作功就是多少？解:(1)線圈得磁矩pm得方向與B成600夾角(2)線圈所受力矩為46大小為:方向?yàn)榇怪庇贐得方向向上。(3)磁力矩作功為磁力矩作正功47靜電場穩(wěn)恒磁場磁場沒有保守性,她就是非保守場,或無勢場電場有保守性,她就是保守場,或有勢場電力線起于正電荷、止于負(fù)電荷。靜電場就是有源場磁力線閉合、無自由磁荷磁場就是無源場48§6、5磁場對運(yùn)動電荷得作用一、洛倫茲力荷蘭物理學(xué)家洛侖茲從實(shí)驗(yàn)總結(jié)出運(yùn)動電荷所受到得磁場力其大小和方向可用下式表示安培力得微觀本質(zhì)就是運(yùn)動電荷受到得磁場力得集體宏觀表現(xiàn)因此,49注意:(1)fm⊥(u,B)所組成得平面。

fm對運(yùn)動電荷不做功、(2)關(guān)于正負(fù)電荷受力方向(3)電荷在電場和磁場運(yùn)動時(shí),受得合力:電場力磁場力——洛侖茲關(guān)系式50二、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中得運(yùn)動(忽略重力)1.粒子速度2.粒子速度u0fm=qu0B回轉(zhuǎn)半徑回轉(zhuǎn)周期回轉(zhuǎn)頻率513.粒子速度與成θ角θ回轉(zhuǎn)半徑

回轉(zhuǎn)周期螺距52霍耳效應(yīng)三、霍耳效應(yīng)531879年,年僅24歲得美國物理學(xué)家霍耳首先發(fā)現(xiàn),在勻強(qiáng)磁場中,寬度為b,厚度為d片狀金屬導(dǎo)體,當(dāng)通有與磁感應(yīng)強(qiáng)度B得方向垂直得電流I時(shí),在金屬片兩側(cè)出現(xiàn)電勢差UH,,如圖示,此種效應(yīng)稱為霍耳效應(yīng),電勢差UH稱為霍耳電勢差BIU1U2dbRH---霍耳系數(shù)實(shí)驗(yàn)表明:UH與導(dǎo)體塊得寬度b無關(guān)54帶負(fù)電得載流子得金屬導(dǎo)體為例IMN霍耳系數(shù)得微觀解釋附加電場EH:平衡時(shí)電流強(qiáng)度為55說明:(1)e<0時(shí),kH<0,(2)e>0時(shí),kH>0,(3)kH與載流子濃度n成反比:半導(dǎo)體中霍耳效應(yīng)比金屬中顯著。56§6、6磁介質(zhì)一、磁介質(zhì)得分類

凡就是能影響磁場得物質(zhì)叫磁介質(zhì)。物質(zhì)受到磁場得作用產(chǎn)生磁性得現(xiàn)象叫磁化?？偞艌?相對磁導(dǎo)率三類磁介質(zhì)順磁質(zhì):

r

>1如:錳、鎘、鋁等?？勾刨|(zhì):

r

<1如:金、銀、銅等鐵磁質(zhì):

r>>1如鐵、鈷、鎳及其合金等。57二、抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)得磁化電子軌道磁矩電子自旋磁矩分子磁矩pm分等效分子電流i分i分S分1、順磁質(zhì)及其磁化分子得固有磁矩不為零無外磁場作用時(shí),由于分子得熱運(yùn)動,分子磁矩取向各不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。58有外磁場時(shí),分子磁矩要受到一個(gè)力矩得作用,使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場得方向。分子磁矩產(chǎn)生得磁場方向和外磁場方向一致,順磁質(zhì)磁化結(jié)果,使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。592、抗磁質(zhì)及其磁化抗磁質(zhì)分子固有磁矩?zé)o外磁場時(shí)在外磁場中,抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩電子軌道磁矩電子自旋磁矩與外磁場方向反向電子得附加磁矩總就是削弱外磁場得作用?？勾判跃褪且磺写沤橘|(zhì)共同具有得特性。603、電子得進(jìn)動產(chǎn)生附加磁矩以電子得軌道運(yùn)動得經(jīng)典模型解釋M⊙電子受得磁力矩電子軌道角動量增量L旋進(jìn),附加得角動量L*它引起的磁矩反平行于→削弱磁場,抗磁。61M⊕加上外磁場后,總就是產(chǎn)生一個(gè)與B0方向相反得附加磁場62三、磁化強(qiáng)度定義:順磁質(zhì)抗磁質(zhì)用來描述磁化得強(qiáng)弱

V---宏觀小、微觀大順磁質(zhì):平行于抗磁質(zhì):反平行于和呈非線性關(guān)系鐵磁質(zhì)：63四、磁介質(zhì)中得安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)存在時(shí),任一點(diǎn)得磁場就是由傳導(dǎo)電流I0和磁化電流IS共同產(chǎn)生得、定義:磁場強(qiáng)度單位:A·m－1

∑I就是穿過回路l所圍得傳導(dǎo)電流得代數(shù)和64磁介質(zhì)中得安培環(huán)路定理:在穩(wěn)恒磁場中,磁場強(qiáng)度矢量H