第15章静磁场精.ppt

第15章静磁场第1页，本讲稿共42页15.1 15.1 基本磁现象及其本质基本磁现象及其本质一、基本磁现象一、基本磁现象1 1、条形磁铁、条形磁铁磁极磁极中性区2 2、磁针、磁针南北东西NS磁南极磁南极磁北极磁北极3 3、磁铁与磁铁之间有相互作用、磁铁与磁铁之间有相互作用 同性相斥，异性相吸同性相斥，异性相吸4 4、磁铁与电流之间有、磁铁与电流之间有 相互作用相互作用第2页，本讲稿共42页18201820年年 丹麦奥斯特丹麦奥斯特 电流对磁针有作用力电流对磁针有作用力I磁铁对电流有作用力磁铁对电流有作用力电流的磁效应电流的磁效应、电流与电流之间也有相互作用、电流与电流之间也有相互作用、通电螺线管的行为与条形磁铁类似、通电螺线管的行为与条形磁铁类似第3页，本讲稿共42页二、磁铁和电流在本质上是否一致？二、磁铁和电流在本质上是否一致？十九世纪法国安培的十九世纪法国安培的分子环流假说分子环流假说：组成磁铁的最小单：组成磁铁的最小单元是环形电流，大量的分子电流整齐地排列起来，在宏元是环形电流，大量的分子电流整齐地排列起来，在宏观上显示出磁性。观上显示出磁性。电流磁铁磁性的本源运动电荷运动电荷相互作用磁场磁场第4页，本讲稿共42页15.2 15.2 磁感应强度和磁通量磁感应强度和磁通量一一.磁场磁场运动电荷周围存在磁场运动电荷周围存在磁场磁场的宏观性质：磁场的宏观性质：对其中的运动电荷有力的作用对其中的运动电荷有力的作用磁场是一种物质，有质量、能量，是客观存在磁场是一种物质，有质量、能量，是客观存在磁力通过磁场传递磁力通过磁场传递 库仑相互作用库仑相互作用磁相互作用磁相互作用静止电荷静止电荷运动电荷静止电荷运动电荷运动电荷库仑相互作用库仑相互作用第5页，本讲稿共42页磁场力，运动电荷才受磁力（洛仑兹力）洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是力的基本关系式 磁感强度 (Magnetic InductionMagnetic Induction)单位：特斯拉单位：特斯拉(T)1T=104Gs(高斯高斯)洛仑兹力公式洛仑兹力公式电场力，与电荷的运动状态无关磁场服从叠加原理：第6页，本讲稿共42页二、磁感应强度的测量二、磁感应强度的测量实验原理：洛伦兹力公式实验原理：洛伦兹力公式（1）让检验电荷静止测 ，运动后测 ，得（2）找出q不受磁力的方向，则此方向与 同向（或反向）（3）任取一磁力不为0的方向，以关系式 进一步确定 方向（正负向）。（4）设为 与 的夹角，则第7页，本讲稿共42页 无头无尾，闭合曲线无头无尾，闭合曲线三、磁力线三、磁力线 1 1）典型电流的磁力线）典型电流的磁力线2 2）磁力线的性质）磁力线的性质四、磁通量四、磁通量单位：韦伯单位：韦伯(Wb)(Wb)与电流铰链与电流铰链 与电流成右手螺旋关系与电流成右手螺旋关系 磁通连续原理（磁场的高斯定律）磁通连续原理（磁场的高斯定律）第8页，本讲稿共42页15.3 15.3 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律一、毕一、毕萨定律萨定律 1820 1820年，法国物理学家年，法国物理学家毕奥和萨伐尔通过精确测定毕奥和萨伐尔通过精确测定直线电流对磁铁的作用力发直线电流对磁铁的作用力发现直线电流产生的磁场现直线电流产生的磁场真空中的磁导率P拉普拉斯从数学上推导出电流元 current element 的磁场方向由右手螺旋判定方向由右手螺旋判定第9页，本讲稿共42页电流元的磁场电流元的磁场:载流导线的磁场载流导线的磁场:二、叠加法求磁场二、叠加法求磁场1、取电流元2、电流元的磁场 ，分析其大小及方向。同向叠加，否则，i=x、y、z3、积分，得出结果第10页，本讲稿共42页例1 求直线电流的磁场取电流元取电流元磁感强度磁感强度 大小大小方向方向同同向向叠叠加加Payo o第11页，本讲稿共42页讨论：讨论：1 1）无限长直电流）无限长直电流 a a -2 2时外力克服磁时外力克服磁力矩做功力矩做功I 此功等于磁矩在磁场中的势能增量。此功等于磁矩在磁场中的势能增量。2 2）磁矩的势能）磁矩的势能设磁矩方向与磁场方向垂直时，即设磁矩方向与磁场方向垂直时，即=/2/2时的势能时的势能为零，则为零，则第35页，本讲稿共42页15.6 15.6 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动一一.带电粒子在磁场中受力带电粒子在磁场中受力洛仑兹力洛仑兹力二二.带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动1 1、R回旋半径回旋半径回旋周期回旋周期第36页，本讲稿共42页2.若忽略重力，粒若忽略重力，粒子将保持直线运子将保持直线运动状态动状态3.与 夹角为螺旋运动螺旋运动半径半径螺距螺距R应用：磁聚焦应用：磁聚焦第37页，本讲稿共42页三、非均匀磁场中的带电粒子的运动三、非均匀磁场中的带电粒子的运动1 1、渐强磁场使粒子发生、渐强磁场使粒子发生“反射反射”，称为磁镜，称为磁镜 磁瓶磁瓶应用：高温等离子体的封装应用：高温等离子体的封装2 2、范艾仑辐射带及极光的形成、范艾仑辐射带及极光的形成第38页，本讲稿共42页15.7 15.7 霍耳效应霍耳效应金属导体18791879年美国物理学家霍耳发现年美国物理学家霍耳发现：将一导电板放在垂直磁将一导电板放在垂直磁场中，当通以电流场中，当通以电流I I 时，对应图中沿时，对应图中沿Z方向有电势差。方向有电势差。霍耳系数第39页，本讲稿共42页+-1 1、空穴导电、空穴导电（载流子为正）（载流子为正）设载流子电量为设载流子电量为q q，漂移速率为，漂移速率为v v，浓度为浓度为n n当 时，为稳定状态 2 2、电子导电、电子导电（载流子为负）（载流子为负）-+-第40页，本讲稿共42页由此可知，在前述情况下：由此可知，在前述情况下：若若 电子电子导电（金属）：导体导电（金属）：导体顶部顶部电势高于电势高于底部底部电势；电势；载流子带载流子带正电正电：导体：导体底部底部电势高于电势高于顶部顶部电势。电势。故可通过电压的测定可以确定导体中载流子所带电故可通过电压的测定可以确定导体中载流子所带电荷的正负。荷的正负。霍耳效应可以用带电粒子在磁场中受力解释，而精确的霍耳效应可以用带电粒子在磁场中受力解释，而精确的解释只能用电子的量子理论。解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：霍耳效应的应用：判定导电机制判定导电机制测量未知磁感强度测量未知磁感强度第41页，本讲稿共42页第第1515章完章完第42页，本讲稿共42页