磁感应强度.ppt

第11章 真空中恒定电流的磁场标题简介真空：真空：限定了空限定了空间中不存在介中不存在介质磁磁场：是物是物质的一种形式。磁的一种形式。磁铁与磁与磁铁、电流与流与电流、磁流、磁铁与与电流之流之间的相互作用是通的相互作用是通过磁磁场来来传递的。磁的。磁场对电流有安培力的作用，磁流有安培力的作用，磁场力力对运运动电荷或者荷或者电流要做功，流要做功，说明磁明磁场具有具有质量、能量和量、能量和动量。量。恒定磁恒定磁场：又称又称为静磁静磁场，指磁感，指磁感应强度不随度不随时间变化的磁化的磁场，但在空，但在空间不同位置可以有不同的不同位置可以有不同的值。静磁静磁场是由恒定是由恒定电流（或者流（或者说恒定运恒定运动的的电荷）荷）产生的磁生的磁场。变速运速运动的的电荷要荷要产生生变化的化的电磁磁场。对磁场的感性认识在磁体周在磁体周围有人眼看不有人眼看不见的磁的磁场。用。用铁屑屑我我们能能够发现这种磁种磁场是什么是什么样子的。当子的。当铁屑在磁屑在磁场中中时，它，它们就就围绕着磁体形成着磁体形成一个磁一个磁场的的图形。形。主要内容：电流流产生磁生磁场磁磁场的描述：的描述：磁磁场的的规律：律：Biot-savarts lawGauss theoremAmperes circulation theorem4.主要内容(续)：磁磁场对电流的作用流的作用磁磁场对运运动电荷的作用荷的作用磁磁场对载流流导线的作用的作用磁磁场对闭合合载流流导线的作用的作用洛洛伦兹力力安培力安培力磁力矩磁力矩本章学习方法对比比与静与静电场的研究方法的研究方法类似似与静与静电场的研究的研究结论对比比11-1 磁感磁感强度度 磁磁场的高斯定理的高斯定理1.1.1.1.基本磁基本磁基本磁基本磁现现象象象象中国在磁学方面的中国在磁学方面的贡献：献：最早最早发现磁磁现象：磁石吸引象：磁石吸引铁屑屑春秋春秋战国国吕氏春秋氏春秋记载：磁石召：磁石召铁 东汉王充王充论衡衡描述：描述：司南勺司南勺最早的指南器具最早的指南器具 十一世十一世纪沈括沈括发明指南明指南针，发现地磁偏角，地磁偏角，比欧洲的哥比欧洲的哥伦布早四百年布早四百年十二世十二世纪已有关于指南已有关于指南针用于航海的用于航海的记载司南勺司南勺早期的磁早期的磁现象包括象包括:(1)(1)天然磁天然磁铁吸引吸引铁、钴、镍等物等物质。(2)条条形形磁磁铁两两端端磁磁性性最最强，称称为磁磁极极。一一只只能能够在在水水平平面面内内自自由由转动的的条条形形磁磁铁，平平衡衡时总是是顺着着南南北北指指向向。指指北北的的一一端端称称为北北极极或或N极极，指指南南的的一一端端称称为南南极极或或S极极。同同性性磁磁极极相相互互排排斥斥，异异性性磁极相互吸引。磁极相互吸引。(3)(3)把把磁磁铁作作任任意意分分割割，每每一一小小块都都有有南南北北两两极，任一磁极，任一磁铁总是两极同是两极同时存在。存在。(4)(4)某某些些本本来来不不显磁磁性性的的物物质，在在接接近近或或接接触触磁磁铁后就有了磁性，后就有了磁性，这种种现象称象称为磁化。磁化。基本磁基本磁现象象自然界的各种基本力可以互自然界的各种基本力可以互相相转化。究竟化。究竟电是否以是否以隐蔽蔽的方式的方式对磁体有作用？磁体有作用？17世世纪，吉，吉尔伯特、伯特、库仑曾曾认为：电与磁无关！与磁无关！1731年年 英国商人英国商人 雷雷电后，刀叉后，刀叉带磁性磁性！1751年年富富兰克林克林莱莱顿瓶放瓶放电后，后，缝衣衣针磁化了磁化了！18121812年年 奥斯特奥斯特 1820年年4月月哥本哈根大学哥本哈根大学电与磁与磁丹麦物理学家丹麦物理学家奥斯特奥斯特接通接通电源源时，放在，放在边上的磁上的磁针轻轻抖抖动了一下，了一下，电流反向流反向时磁磁针的偏的偏转也反向也反向电流的磁效流的磁效应II1820年年7月月21日，以拉丁文日，以拉丁文报导了了60次次实验的的结果：果：电流可以流可以产生磁生磁场。18201820年年 奥斯特奥斯特 磁磁针上的上的电碰撞碰撞实验电流的磁效流的磁效应运运动的的电荷荷？磁磁现象与象与电现象有没有象有没有联系？系？静静电场静止的静止的电荷荷安培提出分子安培提出分子电流假流假设:磁磁现象的象的电本本质运运动的的电荷荷产生磁生磁场运运动电荷荷磁磁场产生生作用作用基本磁基本磁现象象奥斯特奥斯特 静止静止电荷荷静止静止电荷荷静止静止电荷之荷之间的作用力的作用力 电力力运运动电荷之荷之间的作用力的作用力 电力力+磁力磁力 运运动电荷荷运运动电荷荷说明明1 1、磁、磁场由运由运动电荷荷(或或电流流)产生生;3 3、磁、磁场有能量、有能量、二、磁二、磁场 磁感磁感应强度度 电场 磁磁场传递磁相互作用磁相互作用2 2、磁、磁场对运运动电荷荷(或或电流流)有力的作用有力的作用;如何描述磁如何描述磁场的特性？的特性？设计实验确定空确定空间一点的磁感一点的磁感应强度度1、类比：比：静静电场中用中用试探探电荷研究荷研究电场磁磁场：用：用运运动试探探电荷研究磁荷研究磁场，用，用 表示表示 磁磁场的的强弱和方向。弱和方向。2、对运运动试探探电荷有什么要求？荷有什么要求？13.对运动试探电荷的要求要求此运要求此运动电荷荷产生的磁生的磁场应该充分小，小到它不能充分小，小到它不能影响我影响我们所研究的原来的磁所研究的原来的磁场n 此此电荷的荷的线度度应该充分小，小到某一充分小，小到某一时刻所刻所处的位的位置就是一个几何点。故置就是一个几何点。故应该要求它要求它还是一个点是一个点电荷。荷。3、试验发现：运运动电荷在磁荷在磁场中受到力的作用，受力大小与下列因素有关：中受到力的作用，受力大小与下列因素有关：nF与与V和和B的的夹角有关：当角有关：当V与与B平行平行时，F=0;当当V与与B垂直垂直时，F=Fmaxq 沿此直沿此直线运运动时定定义 为磁感磁感应强度度于是于是,，设该比例系数比例系数为B B。可知可知B B是与是与电荷无关而荷无关而仅与与该点点磁磁场性性质有关的物理量有关的物理量大小：大小：方向：沿方向：沿 的方向的方向单位位 T 或或 Gs 1Gs=10 4 T由此，可以唯一地确定空由此，可以唯一地确定空间任意点的任意点的讨论1.由由划分磁划分磁场为：均匀磁均匀磁场：空：空间各各处的的 大小相等，方向相同大小相等，方向相同非均匀磁非均匀磁场：空：空间各各处的的 大小或者方向不同大小或者方向不同2.3.3.3.3.磁磁磁磁场场的高斯定理的高斯定理的高斯定理的高斯定理(磁通磁通磁通磁通连续连续原理原理原理原理)几种不同形状几种不同形状电流磁流磁场的磁感的磁感应线 3.1 3.1 磁感磁感应线的性的性质电流磁感应线与与电流套流套连闭合曲合曲线(磁磁单极子不存在极子不存在)互不相交互不相交方向与方向与电流成右手螺旋关系流成右手螺旋关系 规定定：通通过磁磁场中中某某点点处垂垂直直于于 矢矢量量的的单位位面面积的的磁磁感感应线数数等等于于该点点 矢矢量量的的量量值。磁磁感感应线越越密密，磁磁场越越强；磁磁感感应线越越稀稀，磁磁场就就越越弱弱，磁感磁感线的分布能形象地反映磁的分布能形象地反映磁场的方向和大小特征。的方向和大小特征。3.2 磁通量磁通量磁通量：磁通量：穿穿过磁磁场中任一中任一给定曲面的磁感定曲面的磁感线总数数。对于于曲曲面面上上的的非非均均匀匀磁磁场，一一般般采采用用微微元元分分割割法求其磁通量。法求其磁通量。dSn磁磁场的高斯定理的高斯定理(磁通磁通连续原理原理)单位：位：韦伯伯(Wb)对所取微元，磁通量：所取微元，磁通量：对整个曲面，磁通量：整个曲面，磁通量：dSn磁磁场的高斯定理的高斯定理(磁通磁通连续原理原理)穿穿过任任意意闭合合曲曲面面S S的的总磁磁通通必必然然为零零，这就就是磁是磁场的的高斯定理高斯定理。说明磁明磁场是是无源无源场。3.3 静磁静磁场的高斯定理的高斯定理 由由磁磁感感应线的的闭合合性性可可知知，对任任意意闭合合曲曲面面，穿穿入入的的磁磁感感应线条条数数与与穿穿出出的的磁磁感感应线条条数数相相同同，因此，通因此，通过任何任何闭合曲面的磁通量合曲面的磁通量为零。零。高斯定理的积分形式磁磁场的高斯定理的高斯定理(磁通磁通连续原理原理)穿穿过任任意意闭合合曲曲面面S S的的总磁磁通通必必然然为零零，这就就是磁是磁场的的高斯定理高斯定理。说明磁明磁场是是无源无源场。3.3 静静电场的高斯定理的高斯定理通通过闭合曲面的合曲面的电通量通量闭合曲面内的合曲面内的电量量 由由磁磁感感应线的的闭合合性性可可知知，对任任意意闭合合曲曲面面，穿穿入入的的磁磁感感应线条条数数与与穿穿出出的的磁磁感感应线条条数数相相同同，因此，通因此，通过任何任何闭合曲面的磁通量合曲面的磁通量为零。零。高斯定理的积分形式磁磁场的高斯定理的高斯定理(磁通磁通连续原理原理)