第十章电磁相互作用和稳恒磁场优秀PPT.ppt

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1、第十章电磁相互作用和稳恒磁场1第一页，本课件共有44页10-1 稳恒电流稳恒电流一、电流一、电流 电流密度电流密度（SI 制单位制单位:安培安培 A）对大块导体，对大块导体，为详细描述电流强度分布，为详细描述电流强度分布，建立建立电流密度电流密度概念。概念。例如：电阻法探矿例如：电阻法探矿2第二页，本课件共有44页方向方向:大小大小:该点的电流流向该点的电流流向正电荷移动方向正电荷移动方向电流密度电流密度对任意曲面对任意曲面S：为为形形象象描描写写电电流流分分布布，引引入入“电电流流线线”的的概概念念I是是二、电流密度二、电流密度的通量的通量P 大块导体大块导体3第三页，本课件共有44页电流密

2、度电流密度矢量矢量（多种载流子也适用）（多种载流子也适用）金属中：金属中：载流子平均速度载流子平均速度载流子热运动载流子热运动：平均速度为：平均速度为0。在电场作用下在电场作用下，载流子平均定向速度（漂移速度）：，载流子平均定向速度（漂移速度）：4第四页，本课件共有44页单位时间内流出单位时间内流出S面的电量，等于该面的电量，等于该闭合曲面内电量的减少。闭合曲面内电量的减少。各处电流密度都不随时间发生变化。各处电流密度都不随时间发生变化。恒定电流条件：恒定电流条件：通过任意闭合曲面通过任意闭合曲面S一侧流入的电量等于从另一侧流出的电量。一侧流入的电量等于从另一侧流出的电量。I1I2I3SS1S

3、2S3节点电流方程节点电流方程（基尔霍夫第一方程）（基尔霍夫第一方程）三、电流的连续性方程电流的连续性方程 稳恒电流稳恒电流电荷守恒定律：电荷守恒定律：电流的连续性方程电流的连续性方程5第五页，本课件共有44页四四、稳恒电场、稳恒电场不随时间改变的电荷分布所产生的电场不随时间改变的电荷分布所产生的电场恒定电场恒定电场与与静电场静电场相似：相似：都服从高斯定理和环路定理。都服从高斯定理和环路定理。也有也有也可以引入也可以引入“电势电势”在恒定电流电路中，沿任何闭合回在恒定电流电路中，沿任何闭合回路一周电势降落的代数和为零。路一周电势降落的代数和为零。回路电压方程回路电压方程（基尔霍夫第二方程）（

4、基尔霍夫第二方程）恒定电场恒定电场与与静电场静电场的区别：的区别：例：导体内部和表面的场强例：导体内部和表面的场强-+-静电场（静电平衡）静电场（静电平衡）恒定电场恒定电场6第六页，本课件共有44页五、五、欧姆定律欧姆定律电流电流电导率电导率电阻电阻 是电阻率，是电阻率，欧姆定律的微分表达式：欧姆定律的微分表达式：2.电功率和焦耳定律电功率和焦耳定律电功率电功率焦耳定律焦耳定律:焦耳定律的微分表达式：焦耳定律的微分表达式：-热功率密度热功率密度7第七页，本课件共有44页六六、电源电源 电动势电动势 定义：定义：把单位正电荷从负极板通过电源内部移到正极板，把单位正电荷从负极板通过电源内部移到正极

5、板，非静电场所作的功。非静电场所作的功。普遍表达式普遍表达式定义非静电场强：定义非静电场强：电动势电动势 方向：方向：电源内部负极指向正极电源内部负极指向正极8第八页，本课件共有44页七、七、全电路欧姆定律全电路欧姆定律电路中即有静电力又有非静电力电路中即有静电力又有非静电力电路内外阻之和电路内外阻之和或或全电路欧姆定律全电路欧姆定律9第九页，本课件共有44页对多个回路的复杂电路，对多个回路的复杂电路，对每个回路分别使用对每个回路分别使用和恒定电场的保守性和恒定电场的保守性可得可得基尔霍夫第二方程普遍形式基尔霍夫第二方程普遍形式与回路正方向相同取负号与回路正方向相同取负号-，反之取正号，反之取

6、正号+。与回路正方向相同取正号与回路正方向相同取正号+，反之取负号，反之取负号-。10第十页，本课件共有44页八、八、电容器的充放电电容器的充放电RCabK+q-q由初始条件由初始条件t=0 q=01.电容的充电电容的充电11第十一页，本课件共有44页2.电容的放电电容的放电RCbK+q-q由初始条件由初始条件t=0q=q012第十二页，本课件共有44页磁现象：磁现象：2.磁体与磁体磁体与磁体3.磁体对电流（运动电荷）磁体对电流（运动电荷）1.电流对磁体电流对磁体（1820年奥斯特实验）年奥斯特实验）磁现象本质：磁现象本质：运动电荷对运动电荷的作用运动电荷对运动电荷的作用磁力是运动电荷相互作用

7、的表现磁力是运动电荷相互作用的表现I4.电流对电流电流对电流10-2 电磁相互作用电磁相互作用13第十三页，本课件共有44页一、一、磁场磁场 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度方向方向:大小大小:不受力的方向定义为不受力的方向定义为的方向。的方向。单位单位:特斯拉特斯拉T(1T=104 G)洛伦兹力洛伦兹力磁场力或磁力磁场力或磁力电场力电场力 运动电荷运动电荷 磁场磁场 磁体和电流磁体和电流（运动电荷）（运动电荷）在其周围空间产生磁场在其周围空间产生磁场14第十四页，本课件共有44页二、带电粒子在电场和磁场中所受的力二、带电粒子在电场和磁场中所受的力考虑考虑1.若若磁场对粒子的作用力为零

8、，磁场对粒子的作用力为零，粒子仍将以粒子仍将以作匀速直线运动。作匀速直线运动。周期周期频率频率2.若若粒子作圆周运动。粒子作圆周运动。15第十五页，本课件共有44页3.一般情况下，一般情况下，与与有一夹角有一夹角螺距螺距应用应用:磁聚焦磁聚焦4.非均匀磁场非均匀磁场磁镜磁镜磁瓶磁瓶16第十六页，本课件共有44页应用：应用：电子光学，电子显微镜等。电子光学，电子显微镜等。磁聚焦：磁聚焦：在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点A发射一束初速度相差不大的带电发射一束初速度相差不大的带电粒子，它们的粒子，它们的与与之间的夹角之间的夹角这些粒子将沿半径不同的螺旋线运动，因螺距近似相等，都交于这些粒子将沿半径不

9、同的螺旋线运动，因螺距近似相等，都交于屏上同一点屏上同一点,此现象称为此现象称为磁聚焦磁聚焦。不相同，但都相差较小，不相同，但都相差较小，17第十七页，本课件共有44页三、霍尔效应三、霍尔效应+-洛仑兹力洛仑兹力霍尔电压霍尔电压霍尔系数霍尔系数18第十八页，本课件共有44页10-3 毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律 方向方向:大小大小:满足右手螺旋法则。满足右手螺旋法则。叠加原理叠加原理一、毕奥一、毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律 19第十九页，本课件共有44页例例1 求直线电流周围的磁场求直线电流周围的磁场无限长直线电流的磁场无限长直线电流的磁场二、毕奥二、毕奥萨伐尔定律应用举例萨伐尔定律应用举例 解解

10、:20第二十页，本课件共有44页IOxpRrx当当x=0圆形电流中心处磁场圆形电流中心处磁场例例2 求圆形电流对称轴线处磁场求圆形电流对称轴线处磁场解解:21第二十一页，本课件共有44页1.无限长直线电流无限长直线电流 r 处处的大小的大小2.圆形电流中心处圆形电流中心处的大小的大小3.无限长直均匀密绕直螺线管轴线上无限长直均匀密绕直螺线管轴线上的大小的大小22第二十二页，本课件共有44页RO例例3 已知电流分布如图，求已知电流分布如图，求O点处磁感应强度？点处磁感应强度？解解:例例4 已知电流分布如图，求已知电流分布如图，求O点处磁感应强度？点处磁感应强度？解解:OI23第二十三页，本课件共

11、有44页例例5 已知电流分布如图，求已知电流分布如图，求O点处磁感应强度？点处磁感应强度？解解:24第二十四页，本课件共有44页三、磁偶极矩三、磁偶极矩圆电流对称轴线上圆电流对称轴线上圆电流面积圆电流面积引入磁矩引入磁矩描述载流线圈性质描述载流线圈性质当圆电流面积很小或者场点离圆电流很远时当圆电流面积很小或者场点离圆电流很远时圆电流叫圆电流叫磁偶极子磁偶极子为磁偶极子的为磁偶极子的磁矩磁矩25第二十五页，本课件共有44页四、运动电荷的磁场四、运动电荷的磁场一个运动电荷一个运动电荷26第二十六页，本课件共有44页10-4 磁场的高斯定理磁场的高斯定理一、磁感线一、磁感线 磁通量磁通量直线电流的磁

12、感应线直线电流的磁感应线II圆电流的磁感应线圆电流的磁感应线ISNI27第二十七页，本课件共有44页直螺线管电流的磁感线直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线通电螺线管的磁感应线通电螺线管的磁感应线II28第二十八页，本课件共有44页太太阳阳磁磁场场29第二十九页，本课件共有44页太太阳阳磁磁力力线线30第三十页，本课件共有44页磁感线上任意一点的切线方向表示该点磁感线上任意一点的切线方向表示该点磁感线不相交。磁感线不相交。磁感线是闭合曲线。磁感线是闭合曲线。的方向。的方向。磁感线的疏密表示磁感线的疏密表示的大小。的大小。二、磁通量二、磁通量 高斯定理高斯定理1.磁通

13、密度磁通密度2.通过面元通过面元的磁感线。的磁感线。3.通过通过S面的磁感线。面的磁感线。31第三十一页，本课件共有44页4.5.高斯定理高斯定理通过任意闭合曲面的磁通量通过任意闭合曲面的磁通量恒等于零。即恒等于零。即微分表达式微分表达式（稳恒磁场是无源场稳恒磁场是无源场）进入（负）和穿出（正）闭进入（负）和穿出（正）闭合曲面合曲面S的磁感线代数和。的磁感线代数和。32第三十二页，本课件共有44页10-5 安培环路定理安培环路定理1.以无限长载流直导线的磁场为例以无限长载流直导线的磁场为例若若I反向，则反向，则2.若闭合回路若闭合回路l 不包围电流，不包围电流，则则的环流为零。的环流为零。IL

14、L1L2AC33第三十三页，本课件共有44页3.有若干个稳恒电流存在，由迭加原理有若干个稳恒电流存在，由迭加原理安培环路定理安培环路定理式中式中 Ii 表示环路表示环路l 所包围电流代数和。所包围电流代数和。电流流向与环绕方向满足右手螺旋法则为正，反之为负。电流流向与环绕方向满足右手螺旋法则为正，反之为负。有旋场。有旋场。磁感应强度对任意闭合曲线的环流磁感应强度对任意闭合曲线的环流不等于零不等于零，稳恒磁场是非，稳恒磁场是非保守场，保守场，微分表达式：微分表达式：34第三十四页，本课件共有44页pr1.求无限长求无限长直线电流直线电流周围的磁场周围的磁场2.求求无限长均匀无限长均匀圆柱面电流圆

15、柱面电流周围的磁场周围的磁场用安培环路定理求磁场用安培环路定理求磁场3.求求无限长均匀无限长均匀圆柱体电流圆柱体电流周围的磁场周围的磁场解解:解解:解解:35第三十五页，本课件共有44页p4.求求无限大均匀电流平面（无限大均匀电流平面（单位长度电流单位长度电流i）周围的磁场周围的磁场这是一个均匀磁场这是一个均匀磁场解解:36第三十六页，本课件共有44页5.螺绕环螺绕环周围的磁场周围的磁场内部：内部：当当r很大，环很细时：很大，环很细时：外部：外部：37第三十七页，本课件共有44页10-7 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用 安培定律安培定律每个载流子受力每个载流子受力导线中有导线中有个载

16、流子个载流子段载流导线受力：段载流导线受力：安培力安培力一、载流导线在磁场中受力一、载流导线在磁场中受力38第三十八页，本课件共有44页1.安培定律安培定律两电流元两电流元由上式和毕奥由上式和毕奥萨伐尔定律，有萨伐尔定律，有间不满足牛顿第三定律间不满足牛顿第三定律同理同理二、电流间的相互作用二、电流间的相互作用和和间的相互作用间的相互作用39第三十九页，本课件共有44页2.电流的单位电流的单位 两无限长平行载流直导线线间的相互作用两无限长平行载流直导线线间的相互作用国际单位制中的国际单位制中的“安培安培”的定义：的定义：设设在在真真空空中中两两无无限限长长的的平平行行直直导导线线相相距距1m，

17、通通有有大大小小相相同同的的恒恒定定电电流流，如如果果导导线线每每米米长长度度受受力力为为210-7N，则则每每根根导导线线中中的的电电流流强强度规定为度规定为1A。40第四十页，本课件共有44页矩形平面线圈矩形平面线圈式中式中S=l1 l2定义：线圈磁矩定义：线圈磁矩N 匝：匝：三、磁场作用于载流线圈的磁力矩三、磁场作用于载流线圈的磁力矩41第四十一页，本课件共有44页四、磁力功四、磁力功 磁力矩的功磁力矩的功1.磁力的功磁力的功式中式中2.磁力矩的功磁力矩的功或切割磁力线数或切割磁力线数磁感应强度磁感应强度通量通量42第四十二页，本课件共有44页本章小结本章小结一、稳恒磁场的性质一、稳恒磁场的性质高斯定理高斯定理稳恒磁场是无源场稳恒磁场是无源场二、求磁感应强度二、求磁感应强度安培环路定理安培环路定理稳恒磁场是稳恒磁场是有旋场有旋场毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律 安培环路定理安培环路定理43第四十三页，本课件共有44页三、磁场的宏观表现三、磁场的宏观表现44第四十四页，本课件共有44页