电流和磁力精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共二十八页大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。方向：正电荷运动的方向方向：正电荷运动的方向电流是有方向的标量。电流是有方向的标量。单位：安培（单位：安培（A A）。）。114-1 4-1 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电流强度 本讲稿第二页，共二十八页几种典型的电流分布几种典型的电流分布粗细均匀的粗细均匀的金属导体金属导体半球形接地电极半球形接地电极附近的电流附近的电流粗细不均匀粗细不均匀的金属导线的金属导线本讲稿第三页，共二十八页电阻法勘探矿电阻法勘探矿藏时的电流藏时的电流同轴电缆中同轴电缆中的漏电流的漏电流几种

2、典型的电流分布几种典型的电流分布 电流只能反映整个截面的电流通量（电荷流量），不电流只能反映整个截面的电流通量（电荷流量），不能反映导体中每一点的电流情况。能反映导体中每一点的电流情况。本讲稿第四页，共二十八页1).定义定义:某点的电流密度某点的电流密度（矢量）（矢量）方向：该点正电荷定向运动的方向。方向：该点正电荷定向运动的方向。即该点电场强度的方向。即该点电场强度的方向。大小：单位时间内通过垂直于该点正电荷大小：单位时间内通过垂直于该点正电荷 运动方向运动方向 的单位面积上的电量。的单位面积上的电量。电流密度电流密度 本讲稿第五页，共二十八页讨论：讨论：3.3.金属内部金属内部有：有：无电

3、场时，无电场时，v=0，无电流。载流子作无规则热运动。有外场，无电流。载流子作无规则热运动。有外场时，载流子以时，载流子以 v 定向运动。定向运动。v：载流子的漂移速度载流子的漂移速度（自由电子的平均速度），（自由电子的平均速度），叠加在热叠加在热运动速度上。运动速度上。1.为电流密度为电流密度 ，反映了导体内每一点的电流情况。，反映了导体内每一点的电流情况。2.为矢量为矢量 。单位：。单位：A/m2 e为负值，为负值，与与 相反。相反。本讲稿第六页，共二十八页2）电流密度和电流强度的关系）电流密度和电流强度的关系 (a)通过面元通过面元dS的电流强度的电流强度电流线电流线 dSdS nJ本讲

4、稿第七页，共二十八页JdSS电流强度是通过某一面积的电流密度的通量。电流强度是通过某一面积的电流密度的通量。任取小面元任取小面元通过小面元的电流强度通过小面元的电流强度通过任一面积通过任一面积S的电流强度的电流强度(b)通过电流场中任一面积通过电流场中任一面积 S 的电流强度的电流强度本讲稿第八页，共二十八页3）电流连续性方程电流连续性方程即即 上式是电荷守恒定律的数学表述，又上式是电荷守恒定律的数学表述，又称称 电流连续性方程。电流连续性方程。在有电荷流动的导体内任取一闭合曲面在有电荷流动的导体内任取一闭合曲面S。根据电荷守恒，它应等于根据电荷守恒，它应等于dt时间内时间内S内电荷量的内电荷

5、量的减少。减少。单位时间内通过单位时间内通过S向外净流出的电荷量应等于向外净流出的电荷量应等于本讲稿第九页，共二十八页欧姆定律和恒定电流部分自学。欧姆定律和恒定电流部分自学。理论上可以证明电流密度和电场强度的关系为理论上可以证明电流密度和电场强度的关系为本讲稿第十页，共二十八页 磁针和磁针的相互作用磁针和磁针的相互作用 磁力是运动电荷之间相互作用的体现。磁力是运动电荷之间相互作用的体现。载流导线与载流导线的相互作用载流导线与载流导线的相互作用 在磁铁附近的载流导线受到磁力的作用在磁铁附近的载流导线受到磁力的作用（图（图14.7）载流导线与磁针的相互作用载流导线与磁针的相互作用INSNSNS11

6、4-3 4-3 磁力和电荷的运动磁力和电荷的运动本讲稿第十一页，共二十八页磁现象如何解释？磁现象如何解释？物质磁性的本质是什么？物质磁性的本质是什么？结论：结论：运动的电荷产生磁力运动的电荷产生磁力 18221822年年,安安培培提提出出分分子子电电流流假假说说：任任何何物物质质的的分分子子中中都都存存在在环环形形电电流流分分子子电电流流,相相当当于于一一个个基基元元磁磁铁铁。物物质质表表现现出出的的磁磁性性，就就是是分分子子电电流流趋趋于于沿沿同同一一方方向向排排列的结果。列的结果。近近代代原原子子结结构构理理论论表表明明,电电子子绕绕原原子子核核旋旋转转,且且还还有有自自旋旋,这这些些运运

7、动动形形成成分分子子环环流流,这这就就是是物物质质磁磁性性的的基基本来源。本来源。本讲稿第十二页，共二十八页 14-4 14-4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度一一 磁场磁场电流通过各自激发的电流通过各自激发的磁场磁场相互作用。相互作用。运动的电荷除激发运动的电荷除激发电场电场外，外，还激发还激发磁场磁场。与与 运动速度无关，为电场力。运动速度无关，为电场力。是与磁场有关的物理量。是与磁场有关的物理量。本讲稿第十三页，共二十八页二二 磁感应强度磁感应强度矢量被称为磁感应强度，反映磁场性质，只与激发磁矢量被称为磁感应强度，反映磁场性质，只与激发磁场的电流（运动电荷）性质有关。场的电流（运动电荷

8、）性质有关。洛仑兹力公式洛仑兹力公式 运动电荷在空间所受的合力为电场力与磁场运动电荷在空间所受的合力为电场力与磁场力的矢量和。力的矢量和。其中磁场力又称洛仑兹力。其中磁场力又称洛仑兹力。1 洛仑兹公式洛仑兹公式2 磁感应强度的确定磁感应强度的确定大小：大小：方向：方向：q0不受磁力时的运动方向。不受磁力时的运动方向。本讲稿第十四页，共二十八页3 单位单位特斯拉，特斯拉，T。产生磁场的源：电流或运动电荷。产生磁场的源：电流或运动电荷。1 磁感应线：定义：曲线上每一点的切线方向都与该点磁感应线：定义：曲线上每一点的切线方向都与该点磁感应强度方向相同。磁感应强度方向相同。工程常用高斯，工程常用高斯，

9、Gs。三三 磁场迭加原理磁场迭加原理磁场迭加原理：磁场迭加原理：空间有若干个磁场源时，其总磁场为空间有若干个磁场源时，其总磁场为这些磁场源各自单独存在时产生磁场的矢量和。这些磁场源各自单独存在时产生磁场的矢量和。四四 磁通量磁通量本讲稿第十五页，共二十八页磁感应线性质：磁感应线性质：（1）磁感应线无头无尾，永远闭合。）磁感应线无头无尾，永远闭合。（2）磁感应线密度与磁感应强度成正比。）磁感应线密度与磁感应强度成正比。2 磁通量磁通量 单位：韦伯，单位：韦伯，Wb。长直导线长直导线圆电流圆电流螺线管螺线管本讲稿第十六页，共二十八页五五 磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理 根据磁感应线无头无尾、永远

10、闭合的性质，得：根据磁感应线无头无尾、永远闭合的性质，得：磁场中的高斯定理，也叫磁场中的高斯定理，也叫磁通连续定理磁通连续定理磁荷不存在！磁场是无源场。磁荷不存在！磁场是无源场。本讲稿第十七页，共二十八页 六六 电磁场的对比电磁场的对比无源场，磁荷不存在。无源场，磁荷不存在。电场电场磁场磁场有源场，电荷为源。有源场，电荷为源。保守场、发散场。保守场、发散场。非保守场、涡旋场。非保守场、涡旋场。本讲稿第十八页，共二十八页14-5 14-5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动回顾：中学情况：回顾：中学情况：在匀强磁场中在匀强磁场中特殊性：磁场匀强且特殊性：磁场匀强且提供向心力，有：提供向

11、心力，有：本讲稿第十九页，共二十八页周期：周期：周期与速度、半径无关周期与速度、半径无关-回旋加速器原理。回旋加速器原理。不受磁场影响，粒子运动为：平行磁场的匀速直线不受磁场影响，粒子运动为：平行磁场的匀速直线运动与垂直磁场的匀速率圆周的合成运动与垂直磁场的匀速率圆周的合成：-螺旋运动。螺旋运动。螺距：螺距：本讲稿第二十页，共二十八页图示：图示：磁聚焦：发散角不太大的粒子束，速度水平分量几乎相磁聚焦：发散角不太大的粒子束，速度水平分量几乎相等，具有相同的螺距，从一点射入磁场后，经过每个周等，具有相同的螺距，从一点射入磁场后，经过每个周期都将会聚在同一点。（期都将会聚在同一点。（P412图）图）

12、螺距完全取决于水平速度分量。螺距完全取决于水平速度分量。本讲稿第二十一页，共二十八页14-7 14-7 载流导线所受磁力和磁力矩载流导线所受磁力和磁力矩一一 安培力安培力安培力公式安培力公式 为电流元为电流元-理想模型。理想模型。电流密度电流密度 的方向与的方向与 方向相同，有：方向相同，有：本讲稿第二十二页，共二十八页例题：例题：求匀强磁场中弯曲载流导线的受力。求匀强磁场中弯曲载流导线的受力。由于由于B为常数，有：为常数，有：所有所有 的矢量和，等于弯曲导线从的矢量和，等于弯曲导线从a到到b的直线段的直线段本讲稿第二十三页，共二十八页线圈平面与磁场夹角为线圈平面与磁场夹角为 ，da：bc：F

13、 F1 1、F F2 2大小相等，方向大小相等，方向相反，在同一直线上。相反，在同一直线上。ab：F3cd：F4通电线圈在磁场中转动通电线圈在磁场中转动二二 磁力矩磁力矩本讲稿第二十四页，共二十八页da：bc：F F1 1、F F2 2 大小相等，方向大小相等，方向相反，在同一直线上。相反，在同一直线上。a b：c d：F F3 3、F F4 4 大小相等，方向大小相等，方向相反，不在同一直线上。相反，不在同一直线上。力矩作用，线圈转动。力矩作用，线圈转动。ab：F3cd：F4本讲稿第二十五页，共二十八页ab：cd：求力矩求力矩 M MF4F3线圈面积线圈面积定义磁矩：定义磁矩：其矢量式：其矢

14、量式：本讲稿第二十六页，共二十八页综上所述：平面载流线圈在均匀磁场中受的力矩：综上所述：平面载流线圈在均匀磁场中受的力矩：磁矩方向与电流方向成右手螺旋关系磁矩方向与电流方向成右手螺旋关系载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩*在非均匀磁场中，载流线圈除受到磁力矩外，还受到磁在非均匀磁场中，载流线圈除受到磁力矩外，还受到磁力的作用。力的作用。结论结论：平面载流线圈在均匀磁场中所受合力为零，仅受力矩的：平面载流线圈在均匀磁场中所受合力为零，仅受力矩的作用；线圈只发生转动，不产生整个线圈的平动。作用；线圈只发生转动，不产生整个线圈的平动。本讲稿第二十七页，共二十八页第十四章第十四章作作 业业P422：14-1、14-7、14-21本讲稿第二十八页，共二十八页