磁感应强计算.pptx

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1、11-1 磁感应强度 磁场的高斯定理 一一、基本、基本磁现象磁现象 磁性：可吸引铁、镍、钴等物质的性质。这种作用是通过磁场进行的。磁性材料和电流都能产生磁场。天然磁铁矿石：四氧化三铁天然磁铁矿石：四氧化三铁(FeFe3 3OO4 4)（1 1）磁性材料）磁性材料1.1.产生磁场的物质产生磁场的物质第1页/共60页 人工磁铁：氧化铁人工磁铁：氧化铁(FeFe2 2OO3 3)与一种或多种二价金属氧化物与一种或多种二价金属氧化物(CuOCuO，MnOMnO,BaOBaO等等)的的粉末混合高温烧结而成。粉末混合高温烧结而成。（2 2）电流（或运动电荷）周围存在磁场）电流（或运动电荷）周围存在磁场小磁

2、针发生转动。小磁针发生转动。奥斯特奥斯特实验：实验：第2页/共60页 2.2.磁场对电流（或运动电荷）产生磁力作用磁场对电流（或运动电荷）产生磁力作用 揭示出磁铁会对电流施加作用力。安倍实验：安倍实验：第3页/共60页安培实验：安培实验：相互吸引相互排斥第4页/共60页 3.安培分子电流假说 安培分子电流观点：物质的每个分子都存在着回路电流-分子电流 结论：磁现象的本源是电流，实质上是运动的电荷。分子电流作定向排列，则宏观上就会显现出磁性来。第5页/共60页二、磁感应强度 实验：试验点电荷q以速度 沿不同方向射入磁场中。实验规律如下：(1)q 受到的磁力 的方向总是垂直于 的方向。场中各点都有

3、一特定方向，电荷沿该方向(或其反方向)运动时不受磁力的作用。q q第6页/共60页 定义该特定方向(或反向)为该点的磁感应强度 的方向。（2 2）当）当 时，时，q q 受力最大，受力最大，定义磁感应强度大小定义磁感应强度大小q q第7页/共60页 的方向：的方向：按按q q 为正电荷时，为正电荷时，的方向确定。的方向确定。q qB 的单位：特斯拉(T)，高斯（Gs）第8页/共60页三、磁场的高斯定理三、磁场的高斯定理 1.磁感应线(磁力线)的大小：通过某点与 垂直的单位面积的磁力线数(数密度)。的方向：曲线上任一点的切线方向。的方向：曲线上任一点的切线方向。第9页/共60页 与电力线的区别：

4、磁力线是一系列围绕电流、首尾相接的闭合曲线。第10页/共60页 2.2.磁通量磁通量：通过磁场中某一曲面的磁力线数。通过磁场中某一曲面的磁力线数。单位：韦伯单位：韦伯(WbWb)第11页/共60页 由于磁力线是闭合的，无头无尾,对磁场中任一闭合曲面S，穿入的磁力线数（穿入面通量为负）等于穿出磁力线数（穿出面通量 为正），磁通量为3.3.磁场的高斯定理磁场的高斯定理磁场是无源场或涡旋场。磁场是无源场或涡旋场。第12页/共60页问题：问题：能等于零吗？能等于零吗？磁单极子存在吗？磁单极子存在吗？NS第13页/共60页 一、毕奥-萨伐尔定律（电流的磁场）11-2 11-3 11-2 11-3 毕奥毕

5、奥-萨伐尔定律萨伐尔定律电流元电流元 在在P P点激发的磁感应强度点激发的磁感应强度大小：大小：方向：方向：的方向的方向第14页/共60页对载流导线对载流导线 毕毕-萨定律是实验定律，闭合回路各电流元磁场叠加结果与实验相符，间接证明萨定律是实验定律，闭合回路各电流元磁场叠加结果与实验相符，间接证明了毕了毕-萨定律的正确性。萨定律的正确性。-真空磁导率 单位单位(SI)(SI)：I I为安倍为安倍(A)(A)，B B为特斯拉为特斯拉 (T)(T)第15页/共60页 任取一电流元，它在P点激发的磁感应强度 长为长为L L的载流直导线，通有电流为的载流直导线，通有电流为I I，求与导线相距为，求与导

6、线相距为a a 的的P P点处的点处的 。二、毕奥-萨伐尔定律的应用1.1.载流长直导线的磁场载流长直导线的磁场第16页/共60页 各个电流元在各个电流元在P P点产生的磁场方向相同点产生的磁场方向相同方向垂直于纸面向内。方向垂直于纸面向内。第17页/共60页化为同一变量化为同一变量 积分：积分：则则第18页/共60页方向垂直于纸面向内。方向垂直于纸面向内。第19页/共60页 角 从垂线向上转(沿I流向)则取正值,从垂线向下转(沿I反向)则取负值。对对无限长载流直导线无限长载流直导线有有则则o o第20页/共60页 取轴线为取轴线为x x 轴，轴，任取一电流元任取一电流元 ,其方向如图，垂直纸

7、面向外。其方向如图，垂直纸面向外。半径为半径为R R的圆形载流导线通有电流的圆形载流导线通有电流I I，求其轴线上，求其轴线上P P点的点的 。2.2.载流圆线圈轴线上的磁场载流圆线圈轴线上的磁场第21页/共60页方向沿方向沿 x x 轴正方向。轴正方向。由对称性可知，磁场沿轴线方向。由对称性可知，磁场沿轴线方向。第22页/共60页圆心处(x=0)也可用右手定则直接判断其方向。也可用右手定则直接判断其方向。第23页/共60页 3.载流直螺线管轴线上的磁场 设螺线管的半径为R，单位长度上绕有n 匝线圈，通有电流 I，求轴线上P点的 。距P点水平距离 l 处任取一小段dl，第24页/共60页dld

8、l上匝数上匝数方向沿轴线向右。方向沿轴线向右。根据圆电流轴线各点磁感应强度根据圆电流轴线各点磁感应强度结果，得得第25页/共60页 换成变量换成变量 积分：积分：第26页/共60页 螺线管为无限长时，-与P 的位置无关第27页/共60页 例：如图无限长通电导线，求圆心例：如图无限长通电导线，求圆心OO处的磁感应强度。设半圆弧的半径为处的磁感应强度。设半圆弧的半径为R R。IoABCD 解：解：直线电流直线电流ABAB在在OO点激发的磁感应强度为点激发的磁感应强度为第28页/共60页IoABCD方向垂直纸面向外。方向垂直纸面向外。第29页/共60页方向垂直纸面向内。方向垂直纸面向内。半圆弧电流在

9、半圆弧电流在OO点激发的磁感应强度为点激发的磁感应强度为IoABCD第30页/共60页直线电流直线电流CDCD在在OO点激发的磁感应强度为零。点激发的磁感应强度为零。根据毕奥根据毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律IoABCD第31页/共60页OO点的磁感应强度为点的磁感应强度为 设垂直纸面向内方向为正，则设垂直纸面向内方向为正，则磁感应强度方向垂直纸面向内。磁感应强度方向垂直纸面向内。IoABCD第32页/共60页 解：解：建立如图所示的坐标系，建立如图所示的坐标系，取宽为取宽为dxdx距距P P为为x x的无限长的电流线元，的无限长的电流线元，例例:习题习题11-13(1),P.268 11-13(

10、1),P.268 宽度为宽度为a a的无限长金属薄片，均匀通以电流的无限长金属薄片，均匀通以电流 I I。试求。试求薄片平面内距薄片左端为薄片平面内距薄片左端为 r r 处处P P 点的磁感应强度。点的磁感应强度。它在它在P P 激发的磁感应强度激发的磁感应强度第33页/共60页方向垂直于纸面向外。方向垂直于纸面向外。所有的电流线元在所有的电流线元在P P点的点的 同向，同向，方向垂直于纸面向外。方向垂直于纸面向外。第34页/共60页 例：一均匀带电圆环，带有正电荷例：一均匀带电圆环，带有正电荷q q，半径为，半径为R R 。它在圆平面内以角速度。它在圆平面内以角速度绕圆绕圆心转动，求圆心处的

11、磁感应强度。心转动，求圆心处的磁感应强度。ROq 解：解：圆环转动时形成圆电流，它的电流强度圆环转动时形成圆电流，它的电流强度第35页/共60页ROq引伸：引伸：若为均匀带电圆盘如何计算？若为均匀带电圆盘如何计算？r r 提示：把圆盘分成许多同心细圆环，其带电量形成电流强度形成电流强度再求再求方向垂直纸面向内。方向垂直纸面向内。第36页/共60页二、运动电荷产生的磁场取电流元I I 为单位时间内通过截面为单位时间内通过截面S S 的电量，的电量，第37页/共60页电流元内粒子数电流元内粒子数 方向与电荷速度方向与电荷速度 方向相同，上式写为方向相同，上式写为平均每个粒子激发的磁感应强度平均每个

12、粒子激发的磁感应强度第38页/共60页+q q即一个速度为即一个速度为 、电量为、电量为q q 的电荷产生的磁感应强度的电荷产生的磁感应强度 静止电荷只激发静电场静止电荷只激发静电场，不激发磁场。，不激发磁场。运动的电荷不但激发电场，而且激发磁场。运动的电荷不但激发电场，而且激发磁场。第39页/共60页11-4 11-4 安培环路定律安培环路定律I1I2L-安培环路定律安培环路定律 在磁场中，磁感应强度沿任一闭合曲线的环流等于穿过积分回路的所有电流的代数和乘以真空磁导 0 。第40页/共60页证明：证明：先以长直电流为例说明。先以长直电流为例说明。1.取半径为 r 的闭合磁力线为积分回路L，回

13、路方向与磁场方向相同。r rL L第41页/共60页 若取回路的方向与磁场方向相反，则若取回路的方向与磁场方向相反，则r rL L 2.在与导线垂直的平面内，取围绕 I 的任意闭合回路为积分路径 L。第42页/共60页r r第43页/共60页 3.3.围绕围绕 I I 的回路的回路L L不在与电流垂直平面内。不在与电流垂直平面内。线元同样可分解为dl/和dl两个分量，有同样的结果：IL第44页/共60页4.4.I I 在回路在回路 L L 外外A A第45页/共60页 其中其中I Ii i 在在L L外时，外时，5.5.有多根载流导线存在有多根载流导线存在LI1I2I3第46页/共60页I1I

14、2LI3-安培环路定律安培环路定律 对任意几何形状的通电导线，上面结论都适对任意几何形状的通电导线，上面结论都适用。用。在磁场中，沿任一闭合曲线的环流等于穿过积分回路的所有电流的代数和乘以真空磁导 0 。第47页/共60页 安培环路定律中安培环路定律中电流符号的确定：电流符号的确定：积分路径绕行方向按右手螺旋法则可确定一个方向，电流方向与它相同时电流为正，相反时电流为负。第48页/共60页 1.回路外面的电流对 的环流没有贡献，但回路上各点的 却是由回路内外所有电流决定的。2.安培环路定律反映了磁场是非保守场，与静电场本质上不同。说明：说明：I1I2LI3第49页/共60页 一、均匀载流的无限

15、长圆柱形导体内外的磁场11-5 11-5 安培环路定律的应用安培环路定律的应用 由于电流是均匀分布在截面上的，根据对称由于电流是均匀分布在截面上的，根据对称性，磁力线是以圆柱轴线为中心的同心圆。性，磁力线是以圆柱轴线为中心的同心圆。第50页/共60页a ab b 取以轴线为中心、半径为r 的圆为积分回路 L，回路方向与 相同，第51页/共60页 r R R 时时：第52页/共60页 若把圆柱体改为空心圆柱桶，内外的若把圆柱体改为空心圆柱桶，内外的磁场如何？磁场如何？第53页/共60页 二、载流长直螺线管内的磁场 设螺线管单位长度上绕有设螺线管单位长度上绕有n n匝线圈，通有电流匝线圈，通有电流

16、 I I。根据圆电流位置分布对称性，可知螺线管内磁感应线是与轴线平行的平行线，同根据圆电流位置分布对称性，可知螺线管内磁感应线是与轴线平行的平行线，同一线上各点的一线上各点的 相同。相同。第54页/共60页作一矩形闭合回路作一矩形闭合回路 abcd abcd(如图如图)，环流，环流螺线管外磁感应强度很弱，视为零。螺线管外磁感应强度很弱，视为零。第55页/共60页所以管内为均匀磁场。所以管内为均匀磁场。根据安培环路定律根据安培环路定律由于由于bc bc 在螺线管内的位置是任意的，在螺线管内的位置是任意的，第56页/共60页 问题：问题：空间某区域的磁感应线为平行直线，该区域是否一定是均匀磁场？假设空间某区域的磁感应线为平行直线，该区域是否一定是均匀磁场？假设该区域内无传导电流存在。该区域内无传导电流存在。第57页/共60页三、载流螺绕环内的磁场三、载流螺绕环内的磁场 设螺绕环有设螺绕环有N N匝线圈，电流为匝线圈，电流为I I。管内磁感应线。管内磁感应线为同心圆。为同心圆。取一半径为取一半径为r r的积分环路，环路方向与的积分环路，环路方向与 相同。相同。r r根据安培环路定律根据安培环路定律第58页/共60页若管的截面很小，则若管的截面很小，则管内近似为均匀磁场。管内近似为均匀磁场。r r第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页