大学物理-磁场-磁感应强度课件.ppt

1、1+IS一一 电流密度电流密度 1.电流电流带电粒子带电粒子的定向运动的定向运动单位单位:安培安培(A)A 10mA-3tqIdd单位时间内通过某横截面单位时间内通过某横截面的电量称为的电量称为电流强度电流强度.习惯上规定习惯上规定正电荷正电荷运动的方向为电流的正方向运动的方向为电流的正方向.6.1 电流电流 电动势电动势2 2.电流密度电流密度3cos ddssIjSjSdd cosdIj SjS 2.电流密度电流密度jIddIjnS单位单位:安培每平方米安培每平方米(A/m2)dS n dS 电流密度矢量电流密度矢量 的的方向方向沿该点电场沿该点电场 的方向，的方向，大小大小等于通过与该点

2、场强方向垂直的单位面积的电流强度等于通过与该点场强方向垂直的单位面积的电流强度.jEcosdSdS 描述电路中某点电流强弱和方向的物理量描述电路中某点电流强弱和方向的物理量4三三 电动势电动势5 非静电力非静电力:能把正电荷从电能把正电荷从电势较低的点势较低的点(如电源负极板如电源负极板)送到送到电势较高的点电势较高的点(如电源正极板如电源正极板)的的作用力称为作用力称为非静电力非静电力.电源电源：提供非静电力的装置：提供非静电力的装置.kkFEqE+-RI+非静电场非静电场场强场强 :kEkE单位正电荷所受的非静电力单位正电荷所受的非静电力.6dkEl 电源电动势电源电动势 的定义：的定义：

3、把单位正电荷从负极通过把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，电源中的非静电力所作的功电源内部移到正极时，电源中的非静电力所作的功.自负极经电源内部到正极的方向为电动势的自负极经电源内部到正极的方向为电动势的正方向正方向.dkLEl此定义也适用于非此定义也适用于非静电力作用在整个静电力作用在整个回路上的情况（如回路上的情况（如电磁感应）电磁感应）电源电动势电源电动势也也可定义为把单位正电荷绕闭合回路一可定义为把单位正电荷绕闭合回路一周时，电源中非静电力所作的功周时，电源中非静电力所作的功.（电源外部（电源外部 ）0kE 7一一 基本磁现象基本磁现象磁性：磁性：能吸引铁磁物质能吸引铁磁物质(F

4、e、Co、Ni）的一种特性）的一种特性磁体：磁体：具有磁性的物体具有磁性的物体地磁：地磁：地球是一个大磁体。地球是一个大磁体。地磁南极在地理北极附近地磁北极在地理南极附近磁极：磁极：磁性集中的区域磁性集中的区域没有独立的没有独立的N极和极和S极极磁偏磁偏角角6.2 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度8 1820年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家奥斯特奥斯特(H.C.Oersted，17771851）发现了小磁针在通）发现了小磁针在通电导线周围受到磁力作用而电导线周围受到磁力作用而发生偏转。发生偏转。磁铁对载流导线、载流导线之间或磁铁对载流导线、载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。载流线圈之间也有

5、相互作用。实验发现：实验发现：9安培的分子电流假说安培的分子电流假说 近代分子电流的概念：近代分子电流的概念：轨道圆电流自旋圆电流分子电流轨道圆电流自旋圆电流分子电流 1822 1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起源。年安培提出了用分子电流来解释磁性起源。一切磁现象的根源是电流一切磁现象的根源是电流.任何物质的分子中任何物质的分子中都存在有圆形电流，称为都存在有圆形电流，称为分子电流分子电流.分子电流相当分子电流相当于一个基元磁铁于一个基元磁铁.10二二 磁感应强度磁感应强度 电流电流(或磁铁或磁铁)磁场磁场电流电流(或磁铁或磁铁)磁场对外的重要表现磁场对外的重要表现磁场对进入场中的运动

6、电荷或载流导体有磁力的作用磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体做载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体做功，表明磁场具有能量功，表明磁场具有能量磁场与电场一样、是客观存在的特殊形态的物质。磁场与电场一样、是客观存在的特殊形态的物质。110mPISn磁场方向：磁场方向：在平衡位置处，磁力矩为零，线圈正法线所指的方在平衡位置处，磁力矩为零，线圈正法线所指的方向，定义为线圈所在处的磁场方向（图向，定义为线圈所在处的磁场方向（图2实线所示）实线所示）.Bn2 图图2n0I图图1 试验线圈试验线圈S线圈转过线圈转过90o，此时线圈所受磁力矩

7、最大，图，此时线圈所受磁力矩最大，图2虚线所示，记为虚线所示，记为Mmax 实验指出实验指出max0()mMIS P 磁矩磁矩 是矢量是矢量,方向与线圈的法线方向一致方向与线圈的法线方向一致.mPn表示沿法线方向的单位矢量，法线与电流表示沿法线方向的单位矢量，法线与电流流向成右螺旋关系流向成右螺旋关系 12maxmMBP磁感强度大小磁感强度大小磁感应强度的单位：磁感应强度的单位：特斯拉特斯拉（T）1特斯拉特斯拉104高斯（高斯（1T104G）磁场中某点处磁感应强度磁场中某点处磁感应强度B的方向与该点处试验线圈在的方向与该点处试验线圈在稳定平衡位置时的法线方向相同；磁感应强度稳定平衡位置时的法线

8、方向相同；磁感应强度B的大小的大小等于具有单位磁矩的试验线圈所受到的最大磁力矩等于具有单位磁矩的试验线圈所受到的最大磁力矩.maxmMP比值的大小可以反映各点磁场的强弱。比值的大小可以反映各点磁场的强弱。13三三 磁通量磁通量曲线上每一点的曲线上每一点的切线切线方向就是该点的磁感应强度方向就是该点的磁感应强度 B 的的方向方向；规定：规定：通过磁场中某点处通过磁场中某点处垂直于垂直于B矢量的单位面积的磁力线矢量的单位面积的磁力线条数等于该点条数等于该点B矢量的量值矢量的量值，这样，曲线的，这样，曲线的疏密疏密程度可以表程度可以表示该点的磁感示该点的磁感应应强度强度 B 的的大小大小.ISNI1

9、4SNI(1)磁场中每一条磁力线都磁场中每一条磁力线都是环绕电流的闭合曲线，而是环绕电流的闭合曲线，而且每条闭合磁力线都与闭合且每条闭合磁力线都与闭合电路互相套合，因此磁场是电路互相套合，因此磁场是涡旋场。涡旋场。(2)任何两条磁力线在空间不相交任何两条磁力线在空间不相交.(3)磁力线的环绕方向与电流方向之间可以用右手定则表磁力线的环绕方向与电流方向之间可以用右手定则表示。若示。若拇指指向电流方向拇指指向电流方向，则，则四指方向即为磁力线方向四指方向即为磁力线方向；若若四指方向为电流方向四指方向为电流方向，则，则拇指方向为磁力线方向拇指方向为磁力线方向。15dcos ddmBSBSsdmBS单

10、位：单位：韦伯（韦伯（Wb）21Wb1T mBsB磁通量磁通量：穿过磁场中某一曲面的磁力线总数，称为穿穿过磁场中某一曲面的磁力线总数，称为穿过该曲面的磁通量，用符号过该曲面的磁通量，用符号 表示表示.mndS16磁场中的高斯定理：磁场中的高斯定理：穿过任意闭合曲面的总磁通量穿过任意闭合曲面的总磁通量必为零必为零.四四 磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理d0SBSBS17五五 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律18IP*2d sin(d,)dI lI l rBkr 3ddI lrBkrlIdBdrlIdrBd对于真空中的磁场：对于真空中的磁场：0()4kSI704 10T/Am真空的磁导率真空的磁导率

11、 1903dd4LI lrBBr磁感强度叠加原理：磁感强度叠加原理：任意形状的载流导线在给定点任意形状的载流导线在给定点P产生的磁场，等于各段电流元在该点产生的磁场产生的磁场，等于各段电流元在该点产生的磁场的矢量和的矢量和.02d sin(d,)d4I lI l rBr 国际单位制中，真空中毕奥国际单位制中，真空中毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律30d4drrlIB或或2002()sin(,)4 qnvS dlv rdBr Iqn vSIdl+vISIqddNnS l 电流元电流元Idl内，有内，有个带电粒子。个带电粒子。导体的单位体积内有导体的单位体积内有n个带电个带电粒子，每个粒子带有电量粒子，每

12、个粒子带有电量q，以速度以速度 沿电流元沿电流元 的方向的方向作匀速运动而形成导体中的电流。作匀速运动而形成导体中的电流。电流元的横截面为电流元的横截面为S，那么，单位时间内通过截面，那么，单位时间内通过截面S的电量，的电量，即电流强度即电流强度I为为vIdl0022sin(,)sin(,)44 dBqnvSdlv rqvv rBdNnSdl rr则一个带电粒子产生的磁感应强度则一个带电粒子产生的磁感应强度B为为vrBvrB矢量式表示矢量式表示034qvrBr B,v和和r三者三者符合右手螺符合右手螺旋法则旋法则一载流直导线，电流为一载流直导线，电流为I，方向沿，方向沿x轴正方向，导线两端轴正

13、方向，导线两端到到P 点的连线与导线的夹角分别为点的连线与导线的夹角分别为 1和和 2。求距导线为。求距导线为a 处处P 点的磁感应强度。点的磁感应强度。OPax21xrxdBd六六 毕奥毕奥-萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的应用解：解：任取一电流元任取一电流元Idx20sind4drxIB在给定点在给定点P产生的磁感应产生的磁感应强度大小为强度大小为方向垂直纸面向外方向垂直纸面向外.232sinddax 022022sin4sinsin4sinI xBrIaa dd210012sin=coscos44IIaa dcotaxsinar OPax21xrxdBdLa若120则，0=2IBa242.圆

14、弧形电流在圆心产生的磁场圆弧形电流在圆心产生的磁场 已知已知:R、I，圆心角为圆心角为，求在圆心求在圆心O点的磁感点的磁感应强度应强度.解：解：任取电流元任取电流元lIdlIdrR024IdldBR 204RIdlBL dRIRdRI 0002044022IR 圆电流中心的磁场圆电流中心的磁场 RIB20 1/n 圆电流的中心的磁圆电流的中心的磁场场RInB210 在圆心处的磁感应强度的大小为在圆心处的磁感应强度的大小为方向垂直于纸面向外方向垂直于纸面向外25真空中有一半径为真空中有一半径为R的圆形载流线圈，通有电流的圆形载流线圈，通有电流I，现，现计算在圆线圈的轴线上任一点计算在圆线圈的轴线上任一点P的磁感应强度的磁感应强度.xxRP*0202d sin(d,)d4d4I lI l rBrI lr oBdrlIddB/dBd0BBdBBd/dBsindB I262030d4RIRlr0/2ddsin4I lBBrB的方向的方向垂直于圆电流平面，与圆垂直于圆电流平面，与圆电流环绕方向构成右螺旋关系，沿电流环绕方向构成右螺旋关系，沿x轴正方向轴正方向.20324R Ir2022 3/22()R IRx02d4I l RrrxxRP*oBdrlIddB/dBdBBdI9 91 1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度第第9 9章章 稳恒磁场稳恒磁场祝您成功！祝您成功！