电流和磁场学习.pptx
第13章 电流和磁场 教学基本要求教学基本要求 二 掌握描述磁场的物理量磁感应强度的概念，理解它是矢量点函数.三 理解毕奥萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度.一 理解恒定电流产生的条件，理解 电流密度和电动势的概念.第1页/共99页第13章 电流和磁场 教学基本要求教学基本要求 五 理解洛伦兹力和安培力的公式。四 理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理.理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法.六 知道变化的电场会产生磁场，理解全电流定律。第2页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度一 电流 电流密度自由电荷引起的三种电流:传导电流:在导体和半导体中,导电电子和(或)空穴的定向运动.电解电流:电解电流是正离子和负离子徙动的结果对流电流：电子和（或）离子在真空中的运动第3页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度（一）电流强度电流产生的条件电流产生的条件:n存在可以自由移动的电荷；n存在电场电流的方向电流的方向:n正电荷流动的方向为电流的方向这样，在导体中电流的方向总是沿着电场的方向，从高电势指向低电势电流是标量.第4页/共99页+第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度电流强度电流强度电流强度：通过截面S的电荷随时间的变化率:电子漂移速度的大小电流强度的单位是安培，是标量，它只能反映导体通过某一截面电流的整体特征n为单位体积电子的个数为电荷体密度第5页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度 电流密度矢量：细致描述导体内各点电流分布的情况.该点正电荷运动方向方向：大小：单位时间内过该点且垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷或电流密度电流密度其单位为/第6页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度电流线电流线精细均匀，材料均匀的导体粗细不均匀的导体半球形接地电极附近的电流电阻法勘探矿藏时大地中的电流 同轴电缆中的漏电流第7页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度二 电流的连续性方程 恒定电流条件 容易证明：单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此时间内闭合曲面内电荷的减少量，即有下式成立：由 得：电流连续性方程第8页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度 恒定电流 SI 由 ，若闭合曲面 S 内的电荷不随时间而变化，则第9页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度恒定电场 （1）在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化形成恒定电场；恒定电流 （2）恒定电场与静电场具有相似性质（高斯定理和环路定理），恒定电场可引入电势的概念；（3）恒定电场的存在伴随能量的转换.（4）稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，它永远是闭合曲线。第10页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度 例（1）若每个铜原子贡献一个自由电子，问铜导线中自由电子数密度为多少？解 （2）家用线路电流最大值 15 A，铜导 线半径0.81 mm，此时电子漂移速率多少？解 （3）铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？解第11页/共99页第13章 电流和磁场13.1 13.1 电流和电流密度电流和电流密度从以上例子可以得出，电子的平均漂移速率非常小，为什么当电路中电键一接通，离电源很远的灯会马上亮起来呢？当电键未接通时，导线处于静电平衡状态，导线内场强等于零，线中也无电流当电键接通时，由于电源两极上积累的电荷在空间所建立的电场使电路中各处的电荷分布发生变化，并导致电场的变化，这种变化的场以光速向外传播，迅速地在导线内各处建立电场，并驱动当地的自由电子作定向漂移而形成电流，因此，这里起主导作用的是场的传播速度，而不是自由电子的定向漂移速率思考题：思考题：第12页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势一、欧姆定律 电阻和电导恒定电场和静电场一样，满足环路定理：从而可引入电势差的概念。电场是形成电流的必要条件，我们也可以说，要使导体内有电流通过，两端必须有一定的电压。加在导体两端的电压不同，通过该导体的电流强度也不同。精确的实验表明，在稳恒条件下，通过一段导体的电流强度与导体两端的电压成正比，即 ，这个结论叫做欧姆定律欧姆定律。如果写成等式，则有：第13页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势欧姆定律的适用范围 实验表明，欧姆定律不仅适用于金属导体，而且对电解液(酸、碱、盐的水溶液)也适用。式中，R为导体的电阻，其单位为欧姆（）。对于气态导体(如日光灯管中的汞蒸汽)和其它一些导电器件，如电子管、晶体管等，欧姆定律不成立，其伏安特性不是直线，而是不同形状的曲线。这种元件叫做非线性元件。第14页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势电导 电阻的倒数叫做电导。用符号G 表示，其单位为西门子（S）。电阻率与电导率 导体电阻的大小与导体的材料和几何形状有关。实验表明，对于由一定材料制成的横截面积均匀的导体，它的电阻R与长度l成正比，与横截面积S成反比。写成等式，有第15页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势式中的比例系数 由导体的材料决定，叫做材料的电阻率电阻率。电阻率的单位是欧姆米。如果令式中的l=1米,，则 在数值上等于R。这说明，某种材料的电阻率就表示用这种材料制成的长度为1米、横截面积为1平方米的导体所具有的电阻。当导线的截面或电阻率不均匀时，上式应写成下列积分式：第16页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势电阻率的倒数叫做电导率电导率，用 表示。电导率的单位是西门子/米。一般说来，纯金属的电阻率随温度的升高而呈正比例地增大（温度不太低时），而绝缘体和半导体除了电阻率的大小与金属导体差异很大外，它们的电阻率随温度变化的规律也与导体大不相同，它们的电阻率都随温度的升高而急剧地减小，并且变化也不是线性的。第17页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势 当温度降到绝对零度附近时，某些金属、合金以及化合物的电阻率会出现一种奇特的现象：当温度降低到一特定温度时，电阻率突然减到无法测量的数值，这种现象叫做超导现象超导现象,这一特定温度叫做正常态和超导态之间的转变温度转变温度。0.050.104.10 4.204.30*超导的转变温度T/KR/汞在4.2K附近电阻突然降为零。第18页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势二、欧姆定律的微分形式表明任一点的电流密度 与电场强度 方向相同，大小成正比。第19页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势 和 都是积分量,故可叫做欧姆定律的积分形式。欧姆定律的积分形式描述的是一段有限长度、有限截面导线的导电规律，而欧姆定律的微分形式给出了 和 的点点对应关系，所以它比积分形式能够更为细致地描述导体的导电规律。必须说明，欧姆定律的微分形式虽是在稳恒条件下推导出来的，但在变化不太快的时候，对非稳恒情况也适用，在这一点上它比欧姆定律的积分形式更普遍。第20页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势三、电功率 焦耳-楞次定律 电路两端的电压为U,则当q单位的电荷通过这段电路时,电场力做功为:因为q=It,则 A=UIt 电场在单位时间内所做的功，叫做电功率,用P表示:即电功率等于电路两端的电压和通过电路的电流强度的乘积.第21页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势 如果一段电路只包含电阻，而不包含电动机、电解槽等其它转换能量的装置，那么电场所做的功就全部转化为热。这时，根据能量转化和守恒定律，有上式称为焦耳定律焦耳定律,则则 注意注意 与与 的区别的区别.前者是指前者是指这段电路消耗的全部功率这段电路消耗的全部功率,而后者仅仅是针对发热而后者仅仅是针对发热电阻的电阻的.第22页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势 单位时间、单位体积内的热功率，叫做热功率热功率密度密度，用p 表示。引入热功率密度的概念后，焦耳定律也可写成微分形式：上式说明p既与该点的 有关,还与该点的电导率有关,其值等于二者的乘积。此式也是p与、的点点对应关系，它适用于导体内任意一点。第23页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势四、非静电力与电动势第24页/共99页第13章 电流和磁场四、非静电力与电动势13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势第25页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势非静电力:能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动.电源：提供非静电力的装置.我们用k 表示作用在单位正电荷上的非静电力,并把k叫做“非静电场”。在电源的外部只有静电场；在电源内部，除了有静电场之外，还有非静电场，的方向与的方向相反。因此，普遍的欧姆定律的微分形式应是上式表明,电流是静电场和非静电场共同作用的结果。第26页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势电源都有两个电极，电势高的叫做正极，电势低的叫做负极。非静电力方向由负极经电源内部指向正极。当电源的两电极被导体从外面联通后，在静电力的推动下形成由正极到负极的电流。在电源内部，非静电力的作用使电流从内部由负极回到正极，使电荷的流动形成闭合的循环。+-+第27页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势电动势电动势的定义：把单位正电荷从负极通过电源内部移到正极时，非静电力所作的功一个电源的电动势具有一定的数值，其单位为伏特，它与外电路的性质以及是否接通都没有关系，它反映电源中非静电力作功的本领，是表征电源本身的特征量。第28页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势我们会遇到在整个闭合回路上都有非静电力的情形(例如温差电动势和感生电动势等)。这时无法区分“电源内部”和“电源外部”，我们就说整个闭合回路的电动势为：上式是电动势的又一种表述法，它比式13.15更具有普适性第29页/共99页第13章 电流和磁场13.2 13.2 欧姆定律及电动势欧姆定律及电动势思考题：电流是电荷的流动，在电流密度不为零的地方，电荷的体密度是否可能等于零？如果通过导体中各处的电流密度不相同，那么电流能否是恒定的？为什么？第30页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动一、基本磁现象一、基本磁现象 中国在磁学方面的贡献：最早发现磁现象：磁石吸引铁屑春秋战国吕氏春秋记载：磁石召铁 东汉王充论衡描述司南勺最早的指南器具 十一世纪沈括发明指南针，发现地磁偏角，比欧洲的哥伦布早四百年十二世纪已有关于指南针用于航的记载第31页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动1.早期的磁现象包括:(1)天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。(2)条形磁铁两端磁性最强，称为磁极。一只能够在水平面内自由转动的条形磁铁，平衡时总是顺着南北指向。指北的一端称为北极或N极，指南的一端称为南极或S极。同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。(3)把磁铁作任意分割，每一小块都有南北两极，任一磁铁总是两极同时存在。(4)某些本来不显磁性的物质，在接近或接触磁铁后就有了磁性，这种现象称为磁化。第32页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动2.磁性的本质:1820年丹麦科学家奥斯特（Oersted,Oe）发现了电流的磁效应第一次揭示了电和磁的相互关系，使人们开始认识到电与磁之间有着不可分割的联系。现在我们讨论奥斯特的几个试验：1试验一 载流导线周围存在的磁场;将导线AB南北放置，旁边有一可以自由转动的小磁针。当导线中没有电流通过时，磁针在地球磁场作用下沿南北取向。但是当导线中通过电流时，小磁针就会发生偏转。奥斯特实验第33页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动2试验二电流和电流之间也有相互作用力。例如把两根细直导线平行悬挂时，当通同向电流时，两根导线相互吸引：当通反向电流时，两根导线相互排斥。II3试验三 永磁铁也给附近电流作用力。第34页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动4试验四可将一个载流线圈的视为磁铁。设法将载流线圈悬挂起来使之可以在水平面自由偏转。接通电流后，用一根磁棒的一极分别去接近载流线圈的两端载流线圈本身就像一根磁棒，一端相当于N极，一端相当于S极。第35页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动载流线圈与磁棒的相似性，启发我们提出这样的问题：磁铁和电流在本质上是否一致？启发人类去探索磁现象的本质。磁现象是否起源于电流？19世纪杰出的法国科学家安培提出分子电流分子电流的假说：组成磁铁的最小单元（磁分子）就是环形电流。若这样一些分子电流定向的排列起来在宏观上就显示出N、S极来。近代物理表明：原子由带正电的原子核和绕核旋转的负电子组成的。电子不仅绕核旋转而且还有自旋，这两种运动构成等效的分子电流。第36页/共99页第13章 电流和磁场13.3 13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动.磁场:所有的实验和物理现象都说明：无论导线中的电流（传导电流）还是磁铁，它们的本源都是一个，即电荷的运动，上面所讲的各个实验中出现的现象都可以归结为运动着的电荷（即电流）之间的相互作用，这种相互作用是通过磁场来传递的。用图来表示:电流磁场电流应该注意到电流之间的磁相互作用与库仑作用不同。无论电荷静止还是运动，它们之间都存在库仑相互作用，而只有运动的电荷之间才存在磁相互作用。第37页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度一、磁 感 强 度 的 定 义 带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关.实验发现，带电粒子在磁场中沿某一特定方向运动时不受力，此方向与电荷无关.+第38页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度 带电粒子在磁场中沿其他方向运动时，垂直于 与特定直线所组成的平面.当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时受力最大.第39页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度大小与 无关第40页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度磁感强度 的定义 的方向:的大小:正电荷垂直于特定直线运动时，受力与电荷速度 的叉积方向：+第41页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度B的单位：特斯拉（）高斯（s）运动电荷在磁场中受力-LORENTZ磁力公式+第42页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度二、磁场的高斯定理I几种不同形状电流磁场的磁感应线1.磁感应线的性质与电流套连闭合曲线（或伸向无限远）互不相交方向与电流成右手螺旋关系电流磁感应线第43页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度2.磁通量磁通量：穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数。其单位为T。对于曲面上的非均匀磁场，一般采用微元分割法求其磁通量。dSn第44页/共99页第13章 电流和磁场13.13.磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度.磁场中的高斯定理 穿过任意闭合曲面S的总磁通必然为零，这就是磁场的高斯定理。说明磁场是无无源源场场、无无散散场场、涡旋场涡旋场。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。高斯定理的积分形式第45页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律一、安培定律(Ampere law)Ampere law)正像点电荷之间的相互作用是由库仑定律来描述一样，电流之间的相互作用也有一个重要的定律来描述安培定律。仿照点电荷产生电场的概念把相互作用的载流导线回路分割成无穷小的线元电流元。只要知道了任意一对电流元之间的相互作用的基本规律，整个回路可用矢量叠加的方法做出。但是电流元与点电荷不同，在试验中无法实现一个孤立的恒定电流元，所以无法直接用试验来确定它们的相互作用，电流元之间的相互作用规律只能间接的从闭合载流回路的试验中倒推出来。第46页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律设 为电流元1给电流元2的力,I1 和I2 分别为它们的电流强度，和 分别为两线元的长度,为两线元之间的距离则 的大小 满足下列比式：第47页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律i).两电流元共面时,设 和 成 夹角，则ii).在普遍情形里,不在 和 组成的平面内。令 和平面的法线 成夹角 ，则第48页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律将式上面两结论归纳起来,则有或写成等式式中的比例系数k与单位的选择有关。第49页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律的方向在 和 组成的 平面内，并与 垂直。则有式中 为沿 方向的单位矢量。第50页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律上式全面地反映了电流元给电流元的作用力，它就是安培定律完整的表达式。将上式中的下标和对调,即可得电流元给电流元作用力 的表达式。在国际单位制中，可将上式写为：其中，为真空磁导率，其值为第51页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律现把电流元看成试探电流元，本是某个闭合回路L1的一部分，整个回路L1对试探电流元 的作用力应是上式对的积分：第52页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律即可将上式拆成两部分：第53页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律它把任何闭合回路的磁感应强度看成是各个电流元产生的的矢量叠加，我们称之为毕奥萨伐尔定律即对于二、毕奥-萨伐尔定律的方向满足右手定则。第54页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律对于任意电流所激发的总磁感应强度为:必须指出,毕奥-萨伐尔定律是根据大量实验事实进行分析后得出的结果,但在实验上我们无法得到电荷能在其中作恒定运动的电流元,所以不能直接用实验来验证.但当我们把上式应用到各种形状的电流分布时,计算得到的总磁感应强度和实验测得的结果相符,这就间接证明了毕奥-萨伐尔定律的正确性,同时也证明了和电场一样,磁感应强度B也遵守叠加原理.第55页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.1、5点：3、7点：2、4、6、8 点：毕奥萨伐尔定律12345678第56页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 例1 载流长直导线的磁场.解 方向均沿 x 轴的负方向PCD*第57页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 的方向沿 x 轴负方向PCD*第58页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律无限长载流长直导线PCD半无限长载流长直导线第59页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 无限长载流长直导线的磁场IBIBX 电流与磁感强度成右手螺旋关系第60页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 例2 圆形载流导线轴线上的磁场.p*解I分析点P处磁场方向得：第61页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律p*I第62页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律p*I讨论（1）若线圈有 匝（2）（3）第63页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律IS 磁偶极矩IS 说明：的方向与圆电流的单位正法矢 的方向相同.第64页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 如图所示，有一长为l，半径为R的载流密绕直螺线管，螺线管的总匝数为N，通有电流I.设把螺线管放在真空中，求管内轴线上一点处的磁感强度.例3 载流直螺线管内部的磁场.PR *第65页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律螺线管可看成圆形电流的组合PR *O解由圆形电流磁场公式第66页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律R *O第67页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律R *O第68页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 讨 论（1）P点位于管内轴线中点R *P第69页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律若R *P第70页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律对于无限长的螺线管 或由故R *P第71页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律（2）半无限长螺线管的一端 比较上述结果可以看出，半“无限长”螺线管轴线上端点的磁感强度只有管内轴线中点磁感强度的一半.R *P第72页/共99页第13章 电流和磁场13.13.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律xBO 下图给出长直螺线管内轴线上磁感强度的分布.从图可以看出，密绕载流长直螺线管内轴线中部附近的磁场完全可以视作均匀磁场.第73页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理一 安培环路定理o 设闭合回路 为圆形回路,与 成右螺旋第74页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理o若回路绕向为逆时针对任意形状的回路第75页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理电流在回路之外第76页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理 多电流情况 推广：安培环路定理第77页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理安培环路定理 在真空的恒定磁场中，磁感强度 沿任一闭合路径的积分的值，等于 乘以该闭合路径所穿过的各电流的代数和.电流 正负的规定：与 成右螺旋时，为正；反之为负.注意第78页/共99页第13章 电流和磁场13.7 13.7 安培环路定理安培环路定理 （1）是否与回路 外电流有关？（2）若 ，是否回路 上各处？是否回路 内无电流穿过？讨论：第79页/共99页第13章 电流和磁场13.8 13.8 安培环路定理的应用安培环路定理的应用 例1 求载流螺绕环内的磁场 解 （1）对称性分析：环内 线为同心圆，环外 为零.二 安培环路定理的应用举例第80页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用令（2）选回路当 时，螺绕环内可视为均匀场.L第81页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用例2 无限长载流圆柱体的 磁场解 （1）对称性分析（2）.第82页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用 的方向与 成右螺旋第83页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用例3 无限长载流圆柱面的磁场解第84页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用例4 无限大均匀带电(线密度为i)平面的磁场解 如图，作安培环路abcda，应用安培环路定理dacb第85页/共99页第13章 电流和磁场13.13.安培环路定理的应用安培环路定理的应用dacb第86页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场经典电磁理论的奠基人，气体动理论创始人之一.提出了有旋电场和位移电流的概念，建立了经典电磁理论，预言了以光速传播的电磁波的存在.在气体动理论方面，提出了气体分子按速率分布的统计规律.麦克斯韦（18311879）英国物理学家第87页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场 1865 年麦克斯韦在总结前人工作的基础上，提出完整的电磁场理论，他的主要贡献是提出了“有旋电场”和“位移电流”两个假设，从而预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的速度（即光速）.(真空中 )第88页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场 1888 年赫兹的实验证实了他的预言，麦克斯韦理论奠定了经典电动力学的基础，为无线电技术和现代电子通讯技术发展开辟了广阔前景.(真空中 )第89页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场一 位移电流 全电流安培环路定理+-I（以 L 为边做任意曲面 S）稳恒磁场中，安培环路定理第90页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场+-IIAB可见，极板上电荷量的变化联结了导线中的电流，而极板间变化的电场又联结了极板上电荷量的变化，从而使电路中的电流借助于电容器内的电场变化仍可以视为连续的第91页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场麦克斯韦假设：变化的电场也是一种电流，并令 位移电流 位移电流密度 通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率.+-第92页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场（1）全电流是连续的；（2）位移电流和传导电流一样激发磁场；（3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热.+-全电流全电流定律第93页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场传导电流与位移电流的比较理论和实践都证明:导体内的变化电场所产生的位移电流几乎为零，完全可以忽略不计.(1)在对磁场环流的贡献,两者等效;(2)传导电流意味着电荷的流动,位移电流意味着电场的变化;(3)传导电流通过导体时放出焦耳热,位移电流不产生焦耳热;(4)通常介电质内主要是位移电流,导体中主要是传导电流.第94页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场*例1 有一圆形平行平板电容器，现对其充电，使电路上的传导电流 ，若略去边缘效应，求（1）两极板间的位移电流；（2）两极板间离开轴线的距离为 的点 处的磁感强度.第95页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场 解 如图作一半径为 平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的电位移通量为*第96页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场代入数据计算得*第97页/共99页第13章 电流和磁场13.13.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场课外作业13.3 13.4 13.6 13.7 13.8 13.12 13.13第98页/共99页感谢您的观看！第99页/共99页
