磁场的源稳恒磁场.ppt

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1、第8章磁场的源(稳恒磁场)§1基本磁现象§2磁场磁感强度§3磁场的高斯定理§4毕－萨－拉定律§5安培环路定理及应用§6　运动电荷的磁场1小故事：1820年奥斯特磁针的一跳说明电流具有磁效应法国物理学家迅速行动代表人物：阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间说明科学家的锲而不舍的精神§1基本磁现象2一切电磁现象都起因于电荷及其运动。电荷在其周围激发电场，电场对场中电荷施以作用力；运动电荷在其周围激发磁场，磁场对场中的运动电荷施以作用力，磁力是运动电荷间相互作用的表现。运动的相对性：磁现象与电现象是紧密地联系在一起的。电相互作用和磁相互作

2、用统称为电磁相互作用。凡是用到电的地方，几乎都有磁的过程参与其中。在现代化的生产、科学研究和日常生活中，大至发电机、电动机、变压器等电力装置，小到电报、电话、电视、计算机和各种电子设备，AMS(磁谱仪)的制造等,无不与电磁现象有关。本章及以后几章研究磁现象及其和电现象之间的关系。3在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。绚丽多彩的极光4磁流体船B电流BF海水进水出水发动机接发电机IF电极5电磁轨道炮在1ms内，弹块速度可达10km/s~106g，~106A6§2磁场磁感强度一、磁场二

3、、磁感强度7一、磁场电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：1）对运动电荷(或电流)有力的作用2）磁场有能量二、磁感强度运动电荷在电磁场中受力：洛仑兹力公式§3磁场的高斯定理一、磁场线磁通量二、磁通连续原理9无头无尾闭合曲线§3磁场的高斯定理一、磁场线磁通量1.磁场线的特征与电流套连与电流成右手螺旋关系2.磁通量单位：韦伯(Wb)10几种磁场的磁力线分布长直载流导线的磁场两平行长直载流导线的磁场载流螺线管的磁场11直线电流的磁感应线IBI12I圆电流的磁感应线13通电螺线管的磁感应线II14各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线圆形电流的磁感线15直螺线管电流

4、的磁感线环形螺线管电流的磁感线16无头无尾闭合曲线1.磁力线的特征与电流套连与电流成右手螺旋关系17二、磁通连续原理（磁场的高斯定理）微分形式磁场是不发散的（磁场是无源场）S182）关于磁单极：将电场和磁场对比：qm－磁荷讨论1）磁场的基本性质方程由电场的高斯定理可把磁场的高斯定理写成与电场类似的形式q0－自由电荷见过单独的磁荷吗？191931年Dirac预言了磁单极子的存在量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：预言：磁单极子质量：这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生人们寄希望于在宇宙射线中寻找只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。20惟一的一次从宇宙射线中捕捉到磁单极子

5、的实验记录：斯坦福大学Cabrera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单极子。基本装置:qm电感LI超导线圈有磁单极子穿过时，感应电流I1982.2.14,13:53t21qm电感LI超导线圈I1982.2.14,13:53t以后再未观察到此现象。实验中:4匝直径5cm的铌线圈连续等待151天1982.2.14自动记录仪记录到了预期电流的跃变结论：目前不能在实验中确认磁单极子存在22§4毕奥－萨伐尔－拉普拉斯定律要解决的问题是：(实验总结,科学抽象)已知任一电流分布其磁感强度的计算方法：将电流分割成许多电流元毕－萨－拉定律：每个电流元在场点的磁感强度为：2

6、3真空中的磁导率H/m大小：方向：如图所示既垂直电流元又垂直矢径24POPI电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系是圆心在电流元轴线上的一系列同心圆25任意形状的载流导线在空间某点P产生的磁感应强度：叠加原理:26毕－萨定律应用举例：例1将电流源置于半径为R的圆心，图示，将圆周等分为八段，在图中1，2，3，4各等分点的B的大小分别为；右半圆各点的磁场方向为，右半圆各点的磁场方向为。143227例2求圆电流中心的磁感强度N---分数和整数原因：各电流元在中心产生的磁场方向相同28例3圆电流轴线上任一点的磁场IxyzoRP.x圆电流的电

7、流强度为I半径为R建如图所示的坐标系设圆电流在yz平面内场点P坐标为x29IxyzoRP.x解：第一步：在圆电流上任取一电流元由毕－萨定律知其在场点P产生的磁感强度组成的平面30相互垂直所以IxyzoRP.x组成的平面在组成的平面内且垂直由此可知第二步：分析各量关系明确的方向和大小31IxyzoRP.x组成的平面第三步：根据坐标写分量式32第四步：考虑所有电流元在P点的贡献IxyzoRP.x组成的平面由对称性可知每一对对称的电流元在P点的磁场垂直分量相互抵消所以33IxyzoRP.x组成的平面结论：在P点的磁感强度