电磁学稳恒磁场精.ppt

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1、电磁学稳恒磁场第1页，本讲稿共27页磁针磁针和和磁针磁针；一切磁现象归结为运动电一切磁现象归结为运动电荷荷(电流）之间的相互作电流）之间的相互作用用载流导线载流导线与与载流导线载流导线的相互作用。的相互作用。磁体磁体与与运动的电荷运动的电荷有相互作用力；有相互作用力；磁铁磁铁与与载流导线载流导线的相互作用；的相互作用；INSNSNS5.1 5.1 基本磁现象基本磁现象q 结论结论第2页，本讲稿共27页磁现象的本质：磁现象的本质：安培分子环流假说安培分子环流假说任何物质的分子中都存在着分子电流，电子的任何物质的分子中都存在着分子电流，电子的运动可以等效为一个圆电流。运动可以等效为一个圆电流。由于

2、分子的无规则排列，一般由于分子的无规则排列，一般物质对外不显磁性。物质对外不显磁性。外磁场的作用使分子电流发生共外磁场的作用使分子电流发生共同取向，出现磁性。同取向，出现磁性。电流电流(运动电荷运动电荷)电流电流(运动电荷运动电荷)磁场磁场第3页，本讲稿共27页一一.磁场磁场5.2 5.2 磁场磁场 磁感强度磁感强度电流或运动电荷周围既有电流或运动电荷周围既有电场电场又有又有磁场磁场磁场的宏观性质：磁场的宏观性质：对运动电荷对运动电荷(或电流或电流)有力的作用有力的作用 磁场有能量磁场有能量 二二.磁感强度磁感强度运动电荷在运动电荷在电磁场电磁场中受力：中受力：电场力，与电荷电场力，与电荷的运

3、动状态无关的运动状态无关磁场力，运动磁场力，运动电荷才受磁力电荷才受磁力第4页，本讲稿共27页 定义磁感强度：定义磁感强度：单位：特斯拉单位：特斯拉(T)大小：大小：磁力：磁力：洛伦兹力洛伦兹力电场力电场力方向方向:当带电粒子的速度沿磁场某一方向运动时，当带电粒子的速度沿磁场某一方向运动时，受力为零的方向受力为零的方向,定义为磁感应强度的方向。定义为磁感应强度的方向。第5页，本讲稿共27页 无头无尾的闭合曲线无头无尾的闭合曲线5.3 5.3 磁力线磁力线 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理 与电流套连与电流套连 与电流成右手螺旋关系与电流成右手螺旋关系一一.磁力线磁力线1.1.典型电流

4、的磁力线典型电流的磁力线I I2.2.磁力线的性质磁力线的性质第6页，本讲稿共27页I圆电流的磁感应线圆电流的磁感应线第7页，本讲稿共27页各种典型的磁感应线的分布：各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线直线电流的磁感线圆形电流的磁感线圆形电流的磁感线第8页，本讲稿共27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第9页，本讲稿共27页二二.磁通量磁通量单位：韦伯单位：韦伯(Wb)(Wb)三三.磁场的高斯定理磁场的高斯定理（磁通连续原理磁通连续原理）S第10页，本讲稿共27页2）关于磁单极：）关于磁单极：将电场和磁场对比：将电场和磁场对比：qm 磁

5、荷磁荷讨论讨论1）磁场的基本性质方程磁场的基本性质方程由电场的高斯定理由电场的高斯定理可把磁场的高斯定理可把磁场的高斯定理写成写成与电场与电场类似类似的形式的形式q0 自由电荷自由电荷见过单见过单独的磁独的磁荷吗？荷吗？第11页，本讲稿共27页1931年年 Dirac预言了预言了磁单极子磁单极子的存在的存在惟一的一次惟一的一次从宇宙射线中捕捉到磁单极子的实验记录：从宇宙射线中捕捉到磁单极子的实验记录：斯坦福大学斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。磁单极子。结论：结论：目前不能在实验中确认磁单极子存

6、在目前不能在实验中确认磁单极子存在第12页，本讲稿共27页：真空中的磁导率：真空中的磁导率电流元电流元 在空间在空间 点点产生的磁场产生的磁场 为：为：5.4 5.4 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律要解决的问题是：要解决的问题是：已知任一电流分布已知任一电流分布 其磁感强度的计算其磁感强度的计算方法：将电流分割成许多电流元方法：将电流分割成许多电流元毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律第13页，本讲稿共27页满足叠加原理：满足叠加原理：大小：大小：方向：方向：的方向的方向第14页，本讲稿共27页第15页，本讲稿共27页例例1.1.直电流磁场的特点直电流磁场的特点二二.比奥比奥萨伐尔定律的应用萨伐尔定律的

7、应用aIrOxy1).1).任选任选Idl ，求其，求其dB大小及大小及方向方向方向：方向：2）分析各）分析各dB方向：方向：均为均为3）第16页，本讲稿共27页aIrOxy入端夹角入端夹角出端夹角出端夹角方向：方向：第17页，本讲稿共27页当当 ,时，时，讨论：讨论：无限长直电流：无限长直电流：当当 ,时，时，半无限长直电流：半无限长直电流：第18页，本讲稿共27页场点在直电流延长线上场点在直电流延长线上磁感应强度磁感应强度B的方向，与电流成右手的方向，与电流成右手螺旋关系，拇指表示电流方向，四螺旋关系，拇指表示电流方向，四指给出磁场方向。指给出磁场方向。BI第19页，本讲稿共27页例例2

8、圆电流轴线上任一点的磁场圆电流轴线上任一点的磁场IxyzoR P.x圆电流的电流强度为圆电流的电流强度为I 半径为半径为R 建如图所示的坐标系建如图所示的坐标系 设圆电流在设圆电流在yz平面内平面内场点场点P坐标为坐标为x第20页，本讲稿共27页IxyzoR P.x解：解：第一步：在圆电流上任取一电流元第一步：在圆电流上任取一电流元 由毕萨定律由毕萨定律 知其在场点知其在场点P产生的磁感产生的磁感强度强度组成的平面组成的平面第21页，本讲稿共27页相互垂直相互垂直 所以所以IxyzoR P.x组成的平面组成的平面由此可知由此可知第二步：分析各量关系第二步：分析各量关系 明确明确的方向和大小的方

9、向和大小第22页，本讲稿共27页IxyzoR P.x组成的平面组成的平面第三步：根据坐标第三步：根据坐标 写分量式写分量式由对称性可知由对称性可知 每一对对称的电流元在每一对对称的电流元在P点的点的磁场垂直分量相互抵消磁场垂直分量相互抵消第23页，本讲稿共27页第四步：考虑所有电流元在第四步：考虑所有电流元在P点的贡献点的贡献方向：沿轴向方向：沿轴向 与电流成右手螺旋关系与电流成右手螺旋关系结论：在结论：在P点的磁感强度点的磁感强度第24页，本讲稿共27页讨论讨论1）圆电流中心的场）圆电流中心的场2）一段圆弧电流在圆心）一段圆弧电流在圆心O处处的磁感应强度的磁感应强度:IO第25页，本讲稿共2

10、7页例例3：载流螺旋管在其轴上的磁场：载流螺旋管在其轴上的磁场.+半径为半径为R，总长度，总长度L，总匝数，总匝数N单位长度上的匝数为：单位长度上的匝数为：P在距管轴中心约七个管半径处，在距管轴中心约七个管半径处，磁场就几乎等于零了。磁场就几乎等于零了。5R5R0.498（L10R）长直螺线管中部长直螺线管中部 磁场为均匀场磁场为均匀场第26页，本讲稿共27页讨论：讨论：无限长直螺线管：无限长直螺线管：当当 ,时，时，半无限长直螺线管：半无限长直螺线管：（管口处）（管口处）当当 ,时，时，.+P将典型场作为结将典型场作为结论记住，注重场论记住，注重场的叠加原理的叠加原理第27页，本讲稿共27页