真空中稳恒电流磁场.pptx

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1、2 2 磁场磁场 磁感强度磁感强度一一.磁场磁场电流电流 或运动电荷周围既有电场或运动电荷周围既有电场 又有磁场又有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电磁场中受力：运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式洛仑兹力公式第1页/共22页电场力，与电荷电场力，与电荷的运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 洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是力的基本关系式 洛仑兹力是相对论不变式洛仑兹力是相对论不变式 磁感强度磁感强度 (Magnetic Induction)

2、(Magnetic Induction)或称磁通密度或称磁通密度 (magnetic flux density)(magnetic flux density)单位：特斯拉单位：特斯拉(T)第2页/共22页无头无尾 闭合曲线3 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一一.磁力线磁力线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二二.磁通量磁通量单位：韦伯单位：韦伯(Wb)(Wb)与电流套连与电流成右手螺旋关系第3页/共22页三.磁通连续原理（磁场的高斯定理）4 4 毕萨拉定律及应用一.毕萨拉定律电流元 current elementcurrent

3、 element微分形式微分形式无源场无源场真空中的磁导率真空中的磁导率第4页/共22页例1 1 求圆电流中心的磁感强度 解：任取电流元解：任取电流元在场点在场点O O的磁感强度方向垂直纸面向外的磁感强度方向垂直纸面向外大小为大小为各电流元的磁场方向相同各电流元的磁场方向相同 大小直接相加大小直接相加H/mH/m第5页/共22页例2 2 平面载流线圈的磁矩 磁偶极子平面载流线圈平面载流线圈magnetic(dipole)momentmagnetic(dipole)moment定义平面载流线圈的磁矩定义平面载流线圈的磁矩如果如果 场点距平面线圈的距离场点距平面线圈的距离平面线圈的平面线圈的平均线

4、度平均线度则称为磁偶极子则称为磁偶极子磁偶极矩磁偶极矩第6页/共22页电偶极子电偶极子磁偶极子磁偶极子电偶极矩电偶极矩磁偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同场量的表达形式相同-+-+第7页/共22页例3 3 直电流磁场的特点1)1)场点在直电流延长线上2)2)长直载流导线 中垂线上一点 各电流元产生的磁感强度方向相同各电流元产生的磁感强度方向相同 中垂线上半部分电流与中垂线下半部分中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供电流各提供1/2的磁感强度的磁感强度 无限长和半无限长载流导线无限长和半无限长载流导线则有必然结果则有必然结果第8页/共22页5 5 安培环路定理及应用一.定理表述在恒定磁场中

5、，磁感强度 沿任一闭合环路的线积分，等于穿沿任一闭合环路的线积分，等于穿过该环路的所有电流的代数和的过该环路的所有电流的代数和的倍。倍。第9页/共22页空间所有电流共同产生的空间所有电流共同产生的在场中任取的一闭合线在场中任取的一闭合线任意规定一个绕行方向任意规定一个绕行方向L L上的任一线元上的任一线元与与L L套连的电流套连的电流如图示的如图示的代数和代数和与与L绕行方向成右螺电流取正绕行方向成右螺电流取正如图示的电流如图示的电流取正取正取负取负电流分布电流分布第10页/共22页二二.安培环路定理在解场方面的应用安培环路定理在解场方面的应用对于一些对称分布的电流，可以通过取合适对于一些对称

6、分布的电流，可以通过取合适的环路的环路L L，利用磁场的环路定理比较方便地求，利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。解场量。(具体实施，类似于电场强度的高斯具体实施，类似于电场强度的高斯定理的解题。定理的解题。)例例1 1 求密绕长直螺线管内部的磁感强度求密绕长直螺线管内部的磁感强度总匝数为总匝数为N N 总长为总长为通过稳恒电流通过稳恒电流 电流强度为电流强度为分析对称性分析对称性 知内部场沿轴向知内部场沿轴向方向与电流成右手螺旋关系方向与电流成右手螺旋关系第11页/共22页由磁通连续由磁通连续原理可得原理可得取过场点的每个边都相当小的矩形环路取过场点的每个边都相当小的矩形环路abcdaab

7、cda由安培环路定理由安培环路定理均匀场均匀场第12页/共22页由安培环路定理可解一些典型的场无限长载流直导线 密绕螺绕环无限大均匀载流平面匝数匝数场点距中心场点距中心的距离的距离(面)电流的(线)密度第13页/共22页电流密度电流密度(体体)电流的电流的(面面)密度密度如图如图 电流强度为电流强度为I I的电流通过截面的电流通过截面S S若均匀通过若均匀通过 电流密度为电流密度为(面面)电流的电流的(线线)密度密度如图如图 电流强度为电流强度为I I的电流通过截线的电流通过截线若均匀通过若均匀通过 则则第14页/共22页6 6 磁力及其应用一.带电粒子在磁场中受力1.1.洛仑兹力2.2.应用

8、之一 霍耳效应金属导体18791879年美国物理年美国物理学家霍耳发现：学家霍耳发现：对应图中沿对应图中沿Z方方向有电势差向有电势差第15页/共22页霍耳效应金属导体实验测定霍耳电势差实验测定霍耳电势差霍耳系数可以用带电粒子在磁场中受力解释，可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。精确的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16页/共22页二.载流导线在磁场中受力1.1.安培力公式怎么计算电流受到的磁场力？怎么计算电流受到的磁场力？安培指出安培指出 任意电流元受力为任意电流元受力为整个电流受力

9、整个电流受力安培力公式安培力公式第17页/共22页例例1 1 在均匀磁场中放置一半径为在均匀磁场中放置一半径为R R的半圆形导线，的半圆形导线，电流强度为电流强度为I I，导线两端连线与磁感强度方向夹角，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30=30，求此段圆弧电流受的磁力。，求此段圆弧电流受的磁力。=30=30解：在电流上任解：在电流上任取电流元取电流元场均匀场均匀方向方向第18页/共22页例2 2 如图 长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面 电流强度均为I I求：相互作用力解：在电流上任取电流元解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？在哪个电流上取？)第19页/共22页2.2.载流线圈在均匀磁场中合力力矩3.3.载流线圈在均匀磁场中得到的能量与静电场对比与静电场对比第20页/共22页第四章完第四章完本章编者：刘凤英本章编者：刘凤英 李钟泽李钟泽第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页