恒定电流磁场PPT讲稿.ppt

恒定电流磁场第1页，共40页，编辑于2022年，星期六磁铁磁铁司南司南减压球（磁铁玩具）减压球（磁铁玩具）第2页，共40页，编辑于2022年，星期六绚丽多彩的北极光绚丽多彩的北极光第3页，共40页，编辑于2022年，星期六磁悬浮列车（上海）磁悬浮列车（上海）第4页，共40页，编辑于2022年，星期六磁在日常生活的应用磁在日常生活的应用第5页，共40页，编辑于2022年，星期六磁记录磁记录第6页，共40页，编辑于2022年，星期六E静止的电荷产生静电场。静止的电荷产生静电场。运动的电荷产生何种场？运动的电荷产生何种场？运动的电荷既产生电场，运动的电荷既产生电场，又产生又产生磁场磁场！空间分布不随时间变化的电流称为空间分布不随时间变化的电流称为稳恒电流。稳恒电流。稳恒电流产生的磁场的空间分布也是不随时间变稳恒电流产生的磁场的空间分布也是不随时间变的的称为称为稳恒磁场稳恒磁场。第7页，共40页，编辑于2022年，星期六一一 基本磁现象基本磁现象1.自然磁现象自然磁现象 磁性：磁性：具有能吸引铁磁物资具有能吸引铁磁物资（Fe、Co、Ni）的一的一种特性。种特性。磁体：磁体：具有磁性的物体。具有磁性的物体。磁极：磁极：磁性集中的区域。磁性集中的区域。磁极不能分离磁极不能分离(正负电荷可以分离开正负电荷可以分离开)。地磁：地磁：地球是一个大磁体。地球是一个大磁体。11.1 磁感应强度磁感应强度第8页，共40页，编辑于2022年，星期六 地核每地核每400年比地壳多转一周，地球的磁极年比地壳多转一周，地球的磁极每隔几千年会发生颠倒。每隔几千年会发生颠倒。地壳地壳地壳地壳地核地核地幔地幔NS第9页，共40页，编辑于2022年，星期六几个重要实验几个重要实验实验一实验一(奥斯特奥斯特)揭示出电流可对磁针施加作用力揭示出电流可对磁针施加作用力2.基本磁现象基本磁现象第10页，共40页，编辑于2022年，星期六l实验二实验二(安培安培)揭示出磁铁会对电流施加作揭示出磁铁会对电流施加作用力用力第11页，共40页，编辑于2022年，星期六l l实验三实验三(安培安培)F F揭示出载流导线之间有相互作用力揭示出载流导线之间有相互作用力相互吸相互吸引引相互排相互排斥斥 上述现象都说明了：上述现象都说明了：磁现象与运动电荷之间磁现象与运动电荷之间有着深刻的联系。有着深刻的联系。第12页，共40页，编辑于2022年，星期六3.安培的分子电流假说安培的分子电流假说 1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起年安培提出了用分子电流来解释磁性起源。源。一切磁现象都起源于电流，任何物质的分子中一切磁现象都起源于电流，任何物质的分子中都存在着环形电流（分子电流），每个分子电流就都存在着环形电流（分子电流），每个分子电流就相当于一个基元磁体，当这些分子电流作规则排列相当于一个基元磁体，当这些分子电流作规则排列时，宏观上便显示出磁性。时，宏观上便显示出磁性。第13页，共40页，编辑于2022年，星期六 磁场磁场磁作用通过磁场进行磁作用通过磁场进行磁场磁场运动电荷运动电荷(电流电流)运动电荷运动电荷(电流电流)磁场磁场磁铁磁铁磁铁磁铁电流电流电流电流第14页，共40页，编辑于2022年，星期六二二 磁感应强度磁感应强度磁感强度磁感强度 的定义的定义在通电闭合回路中，取电流元在通电闭合回路中，取电流元电流元在磁场中的受力电流元在磁场中的受力(1)磁场中任一点磁场中任一点,有一特有一特定方向，当电流元与特定方定方向，当电流元与特定方向一致时，受力为零。向一致时，受力为零。方向为该点磁感应强度方向。方向为该点磁感应强度方向。第15页，共40页，编辑于2022年，星期六(2)当电流元与该点磁感当电流元与该点磁感应强度方向垂直时，应强度方向垂直时，受力受力最大。最大。该点磁感应强度的大小该点磁感应强度的大小 三者相互三者相互垂直垂直,成右手螺旋关系。成右手螺旋关系。第16页，共40页，编辑于2022年，星期六(3)当电流元与磁感应强度当电流元与磁感应强度方向为方向为 任意角度时受力大任意角度时受力大小：小：电流元在磁场中受力：电流元在磁场中受力：称为安培力，式子为安培公式。称为安培力，式子为安培公式。第17页，共40页，编辑于2022年，星期六磁感应强度的单位：磁感应强度的单位：特斯拉特斯拉地球的南、北两极约为地球的南、北两极约为 610-5T；一般永磁体约一般永磁体约 0.052T；中子星磁场中子星磁场 108T ；人体磁场人体磁场 1012T；目前利用超导材料已能取得目前利用超导材料已能取得 40T 的强磁场。的强磁场。第18页，共40页，编辑于2022年，星期六一、毕奥萨伐尔定律一、毕奥萨伐尔定律 真空中的磁导率真空中的磁导率 大小：大小：方向：右螺旋法则方向：右螺旋法则 磁磁磁磁 场：场：场：场：取取?P11.2 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 这里的这里的这里的这里的u.u.相当于相当于相当于相当于e.,e.,只不过从分母挪动到分只不过从分母挪动到分只不过从分母挪动到分只不过从分母挪动到分子，子，子，子，IdlIdl相当于相当于相当于相当于q q，其他不变，其他不变，其他不变，其他不变第19页，共40页，编辑于2022年，星期六任意载流导线在任意载流导线在 p点处的磁感应强度：点处的磁感应强度：上式也称为上式也称为磁感应磁感应强度叠加原理。强度叠加原理。毕奥萨伐尔定毕奥萨伐尔定律不能由实验直接证律不能由实验直接证明明,然而由这个定律然而由这个定律出发得到的结果都很出发得到的结果都很好的和实验相符合。好的和实验相符合。P*可见是从可见是从可见是从可见是从IdlIdl指向指向指向指向r r第20页，共40页，编辑于2022年，星期六二、毕奥二、毕奥-沙伐尔定律的应用沙伐尔定律的应用计算各种电流分布产生的磁场的磁感强度计算各种电流分布产生的磁场的磁感强度基本步骤：基本步骤：1)1)任任取取电电流流元元,求求出出其其在在场场点点P产产生生的磁感的大小与方向；的磁感的大小与方向；2)2)分析当电流元沿电流移动时，分析当电流元沿电流移动时，d dB B 的方向是否变化：的方向是否变化：p若不变若不变,直接积分直接积分;若变若变,则要将则要将dB适当的分解适当的分解,对各分量分别积分对各分量分别积分,然后再合然后再合成起来。成起来。第21页，共40页，编辑于2022年，星期六例题例题1.载流直导线的磁场载流直导线的磁场Ia解解解解求距离载流直导线为求距离载流直导线为a 处一点处一点P 的磁感应强的磁感应强度度 几几何何关关系系Pl第22页，共40页，编辑于2022年，星期六(1)(1)(1)(1)无限长直导线无限长直导线无限长直导线无限长直导线方向：右螺旋法则方向：右螺旋法则方向：右螺旋法则方向：右螺旋法则(2)(2)(2)(2)任意形状直导线任意形状直导线任意形状直导线任意形状直导线PaI1 12 2I讨论讨论场点在直电流延长线上场点在直电流延长线上半无限长载流导线，场点在一端的垂线上半无限长载流导线，场点在一端的垂线上第23页，共40页，编辑于2022年，星期六RxO求轴线上一点求轴线上一点 P 的磁感应强度。的磁感应强度。根据对称性根据对称性方向满足右手定则。方向满足右手定则。Px例例2.载流圆线圈的磁场载流圆线圈的磁场第24页，共40页，编辑于2022年，星期六(2)(2)(2)(2)载流圆线圈的圆心处载流圆线圈的圆心处 (3)(3)(3)(3)一段圆弧在圆心处产生的磁场一段圆弧在圆心处产生的磁场I I I I如果由如果由N N 匝圆线圈组成匝圆线圈组成I I(1)(1)(1)(1)S磁矩磁矩定义定义定义定义讨论讨论第25页，共40页，编辑于2022年，星期六R (3)oIIRo (1)x推推广广o (2)RI第26页，共40页，编辑于2022年，星期六 Ad(4)*oI(5)*第27页，共40页，编辑于2022年，星期六如图，求如图，求O 点的磁感应强度。点的磁感应强度。解解解解练习练习练习练习I123RO第28页，共40页，编辑于2022年，星期六三、运动电荷的磁场三、运动电荷的磁场 P+qS电流元内电荷数电流元内电荷数一个电荷产生的磁场一个电荷产生的磁场电荷密度电荷密度 n第29页，共40页，编辑于2022年，星期六若若 ，与与 同同向。向。若若 ，与与 反向。反向。一个以速度一个以速度 运动的电荷运动的电荷,在距它在距它r 处所处所激励的磁感应强度为：激励的磁感应强度为：第30页，共40页，编辑于2022年，星期六Oa ab b如图的导线，已知电荷线密度为如图的导线，已知电荷线密度为，当绕，当绕O点以点以 转动时转动时【解】【解】【解】【解】1 12 23 34 4线段线段1 1：O点的磁感应强度点的磁感应强度【例】【例】【例】【例】【求】【求】【求】【求】线段线段2 2：同理同理第31页，共40页，编辑于2022年，星期六线段线段3 3线段线段4 4Oab1234 dr第32页，共40页，编辑于2022年，星期六例例6 半径为半径为R 的带电薄圆盘的电荷面密度为的带电薄圆盘的电荷面密度为,并以角速度并以角速度 绕通过盘心垂直于盘面的轴转动。绕通过盘心垂直于盘面的轴转动。求圆盘中心的磁感应强度求圆盘中心的磁感应强度。第33页，共40页，编辑于2022年，星期六xORqrdr细圆环细圆环圆电流圆电流圆盘在中心处的磁场圆盘在中心处的磁场px解法一解法一圆电流的磁场圆电流的磁场 向外向外向内向内第34页，共40页，编辑于2022年，星期六解法二解法二运动电荷的磁场运动电荷的磁场 第35页，共40页，编辑于2022年，星期六Assignments阅读阅读教材第教材第50 57页页活页作业活页作业 P39-40页页第36页，共40页，编辑于2022年，星期六IP.a回回 顾顾1 1、毕奥、毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律磁感的大小磁感的大小:磁感的方向磁感的方向:由由Idl转向转向r 的右手螺旋方向。的右手螺旋方向。第37页，共40页，编辑于2022年，星期六2 2、直电流的磁场直电流的磁场+aPa.a.无限长载流直导线无限长载流直导线b.b.半无限长载流直导线半无限长载流直导线c.c.载流直导线延长线上载流直导线延长线上第38页，共40页，编辑于2022年，星期六3.圆电流的磁场圆电流的磁场Rp圆心处：圆心处：载流圆弧：载流圆弧：I单位弧度的圆弧在圆心处产生的磁场单位弧度的圆弧在圆心处产生的磁场第39页，共40页，编辑于2022年，星期六作作 业业除除4040页第二题，页第二题，4444页计算题，页计算题，11.711.7磁介质磁介质第40页，共40页，编辑于2022年，星期六