恒定電流的磁場(chǎng)課件

1、電子和質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡第八章 恒定電流的磁場(chǎng)電子和質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡第八章 恒定電流的磁場(chǎng)8-2 磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度8-3 磁感線(xiàn) 磁通量8-4 畢奧-薩伐爾定律8-5 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)8-6 安培環(huán)路定理8-1 電流 電流密度 電動(dòng)勢(shì)8-7 帶電粒子在外磁場(chǎng)中受到的力及其運(yùn)動(dòng)8-2 磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度8-3 磁感線(xiàn) 磁通量8-*8-8 霍耳效應(yīng)8-9 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的作用8-10 磁場(chǎng)對(duì)載流線(xiàn)圈的作用8-11 電流強(qiáng)度的單位-安培的定義8-12 磁介質(zhì)的磁化 磁導(dǎo)率8-13 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng) 有磁介質(zhì)時(shí)的安培 環(huán)路定理 磁場(chǎng)強(qiáng)度*8-14 鐵磁質(zhì)*8-8 霍耳效應(yīng)8-9 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的作用8

2、-10一、電流強(qiáng)度電流密度載流子金屬中的電子半導(dǎo)體中的電子和空穴電解液中的正負(fù)離子電荷有規(guī)則地運(yùn)動(dòng)形成電流傳導(dǎo)電流導(dǎo)體中電荷作規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成運(yùn)流電流帶電體作機(jī)械運(yùn)動(dòng)形成導(dǎo)體中形成電流的必要條件：8-1 電流 電流密度電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度不為零, 即導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差一、電流強(qiáng)度電流密度載流子金屬中的電子半導(dǎo)體中的電子和空穴 電流的方向: 規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?qū)w中電場(chǎng)的方向 從高電勢(shì)到低電勢(shì)的方向高電勢(shì)低電勢(shì)所以電子的運(yùn)動(dòng)方向與電流的方向相反即-SI電流方向II-電子運(yùn)動(dòng)方向穩(wěn)恒電場(chǎng)方向-導(dǎo)體中的電流是電子作規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成 電流的方向: 規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?qū)w中電場(chǎng)的方向 從高稱(chēng)為通過(guò)該截面的

3、電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)電流瞬時(shí)電流強(qiáng)度 單位安培(A)電流強(qiáng)度不隨時(shí)間變化的電流稱(chēng)為恒定電流(直流電) 每單位時(shí)間通過(guò)導(dǎo)體任一截面的電荷量稱(chēng)為通過(guò)該截面的電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱(chēng)電流瞬時(shí)電流強(qiáng)度 單位安培(A 要維持恒定電流，導(dǎo)體中必須有一穩(wěn)恒電場(chǎng) 與靜電場(chǎng)一樣都不隨時(shí)間變化穩(wěn)恒電場(chǎng)特性： 靜電場(chǎng)高斯定理和環(huán)路定理仍適用恒定電流特性： 導(dǎo)體中電荷分布必須不隨時(shí)間變化 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體中每一截面的電荷量（電流強(qiáng)度）相等 要維持恒定電流，導(dǎo)體中必須有一穩(wěn)恒電場(chǎng) 與靜電場(chǎng)一樣都不隨通過(guò)面積元dS的電流為dI穿過(guò)任一截面 S 的電流單位A/m2電流密度矢量方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度 的方向dSS面積元與 方向垂直電流密度通過(guò)面積

4、元dS的電流為dI穿過(guò)任一截面 S 的電流單位A/m二、電源電動(dòng)勢(shì)但僅靠靜電力不能達(dá)到目的+-導(dǎo)線(xiàn)內(nèi)電場(chǎng)電場(chǎng)作用下電荷移動(dòng)極板上電荷減少要在導(dǎo)體中產(chǎn)生恒定電流必須在導(dǎo)體內(nèi)維持一穩(wěn)恒電場(chǎng)即在導(dǎo)體兩端維持一恒定的電勢(shì)差二、電源電動(dòng)勢(shì)但僅靠靜電力不能達(dá)到目的+把正電荷從低電勢(shì)移到高電勢(shì)的裝置稱(chēng)為電源必須有非靜電力 把正電荷從低電勢(shì)移至高電勢(shì)正極 高電勢(shì)低電勢(shì) 負(fù)極+I-+-+電源非靜電力電場(chǎng)作用下電荷移動(dòng)靜電力為維持恒定電流能夠提供非靜電力把正電荷從低電勢(shì)移到高電勢(shì)的裝置稱(chēng)為電源必須有非靜電力 伏打電池1801年伏打向拿破倫演示他的電池伏打電池1801年伏打向拿破倫演示他的電池電源就是把其他形式的能

5、量轉(zhuǎn)化為電能的裝置機(jī)械能水力機(jī)械能風(fēng)力 法國(guó)的太陽(yáng)能電站鏡面系統(tǒng)化學(xué)能電源就是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置機(jī)械能水力機(jī)械能正極負(fù)極+I-+-+電源非靜電電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng)靜電場(chǎng)+閉合回路 L 一周，靜電力與非靜電力作功之和為qq正電荷 q 沿非靜電力方向經(jīng)過(guò)電源內(nèi)部繞行正極負(fù)極+I-+-+電源非靜電電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng)靜由靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)特性，有單位正電荷通過(guò)電源內(nèi)部繞閉合路徑一周則單位伏特(V)電源的電動(dòng)勢(shì) ：非靜電力所作的功由靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒電場(chǎng)特性，有單位正電荷通過(guò)電源內(nèi)部繞閉合路徑一單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極非靜電力 電動(dòng)勢(shì)是標(biāo)量，規(guī)定其方向（指向）為：從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部到正極，即電源內(nèi)部電勢(shì)

6、升高的方向(沿電源內(nèi)部)+-+高電勢(shì)正極低電勢(shì) 負(fù)極電 源非靜電力僅存在于電源內(nèi)部所作的功電動(dòng)勢(shì)又可定義為：?jiǎn)挝徽姾蓮呢?fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極非靜電力 一段無(wú)源電路的歐姆定律與導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差V1- V2 成正比，即IV2V1電阻三、閉合電路的歐姆定律實(shí)驗(yàn)證明，一段金屬導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度 I一段無(wú)源電路的歐姆定律與導(dǎo)體兩端的電勢(shì)差V1- V2 成正比得閉合電路的歐姆定律q = I tBRiAR電源所作的功 = 電路上的焦耳熱根據(jù)能量守恒定律任一截面的電荷量為且可寫(xiě)為時(shí)間 t 內(nèi)通過(guò)閉合電路得閉合電路的歐姆定律q = I tBRiAR電源所作的功 ABAABBRRi電源內(nèi)電路外電路電源內(nèi)阻BRiA

7、R閉合電路等效為外電路電勢(shì)降電源端電壓電源端電壓 = 外電路電勢(shì)降A(chǔ)BAABBRRi電源內(nèi)電路外電路電源內(nèi)阻BRiAR閉合電路如果Ri = 0 或 I = 0電源端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)BRiAR電源端電壓則電源處于開(kāi)路狀態(tài)即忽略?xún)?nèi)阻或開(kāi)路時(shí)如果Ri = 0 或 I = 0電源端電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)BR在二千多年前就已被發(fā)現(xiàn)和利用一、基本磁現(xiàn)象由青銅盤(pán)與NS8-2磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度 磁石（Fe3O4）吸引鐵和具有指向作用的磁現(xiàn)象司南漢（公元前206公元220年）天然磁體磨制的磁勺組成在二千多年前就已被發(fā)現(xiàn)和利用一、基本磁現(xiàn)象由青銅盤(pán)與NS8鐵、鎳、鈷等的合金和鐵氧體同性磁極相斥異性磁極相吸確定磁極N、S

8、地南極地北極磁南極磁北極磁體永久磁鐵地磁現(xiàn)象磁相互作用鐵、鎳、鈷等的合金和鐵氧體同性磁極相斥確定地南極地北極磁南極 1820年丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁針有作用力 1820年丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁針有作同年法國(guó)物理學(xué)家安培用實(shí)驗(yàn)證明了通電以后一切磁現(xiàn)象都是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的載流導(dǎo)線(xiàn)間有相互作用，并總結(jié)提出了安培定律同年法國(guó)物理學(xué)家安培用實(shí)驗(yàn)證明了通電以后一切磁現(xiàn)象都是運(yùn)動(dòng)電運(yùn)動(dòng)電荷或電流周?chē)嬖谥艌?chǎng)二、磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度2. 磁場(chǎng)的重要表現(xiàn) 力 功磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)線(xiàn)有作用力當(dāng)載流導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)1. 磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)電荷或電流之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的磁場(chǎng)施于載流導(dǎo)線(xiàn)的力作功運(yùn)動(dòng)電荷或電

9、流周?chē)嬖谥艌?chǎng)二、磁場(chǎng) 磁感強(qiáng)度2. 磁3. 磁感強(qiáng)度平行時(shí)所受磁力 大小方向單位特斯拉（T）的方向 yxzq磁場(chǎng)方向磁感強(qiáng)度 定義為 實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷速度 的方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)， 所受磁力最大，為3. 磁感強(qiáng)度平行時(shí)所受磁力 大小方向單位特斯一、磁感線(xiàn)曲線(xiàn)上各點(diǎn)的切向與該點(diǎn) 的方向一致一些典型磁場(chǎng)的8-3 磁感線(xiàn) 磁通量磁感線(xiàn)在磁場(chǎng)中作的一系列曲線(xiàn)一、磁感線(xiàn)曲線(xiàn)上各點(diǎn)的切向與該點(diǎn) 的方向一致一些典型磁II磁感線(xiàn)的性質(zhì) 磁感線(xiàn)是無(wú)始無(wú)終的閉合曲線(xiàn) 磁感線(xiàn)不相交 磁感線(xiàn)與電流之間的方向關(guān)系可用P若相交，P點(diǎn)將有兩磁感強(qiáng)度右手螺旋法則來(lái)確定磁感線(xiàn)的性質(zhì) 磁感線(xiàn)是無(wú)始無(wú)終的閉合曲線(xiàn) 磁感線(xiàn)不相

10、交 二、磁通量1. 磁感線(xiàn)密度通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn) P 垂直于磁感強(qiáng)度 方向的PP 點(diǎn)的磁感線(xiàn)密度P 點(diǎn)的 B規(guī)定單位面積的磁感線(xiàn)數(shù)二、磁通量1. 磁感線(xiàn)密度通過(guò)磁場(chǎng)中某點(diǎn) P 垂直于磁感強(qiáng)度2. 磁通量已規(guī)定則dS磁通量 = 磁場(chǎng)中通過(guò)某一曲面的磁感線(xiàn)數(shù) 平面dS 與 垂直 平面dS 的法線(xiàn)矢量 與 交角為 dS2. 磁通量已規(guī)定則dS磁通量 = 磁場(chǎng)中通過(guò)某 任意曲面S 的磁通量 dSS視為平面選取面積元 任意閉合曲面S 的磁通量 dSS向外法線(xiàn)向外法線(xiàn)dS 任意曲面S 的磁通量 dSS視為平面選取面積元 任意閉合曲 磁通量為標(biāo)量，可正可負(fù) 單位韋伯 Wb四、磁場(chǎng)中的高斯定理通過(guò)任一閉合曲面的3

11、. 磁通量的性質(zhì)穿出穿入磁通量為零 磁通量為標(biāo)量，可正可負(fù) 單位韋伯 Wb四、磁場(chǎng)中的高斯一、畢奧 薩伐爾定律P電流元 電流元 在P點(diǎn)載流導(dǎo)線(xiàn)視為直電流大小為8-4 畢奧薩伐爾定律方向垂直于dl 和 r 所決定的平面產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度一、畢奧 薩伐爾定律P電流元 電流元 實(shí)驗(yàn)表明：疊加原理適用于磁感強(qiáng)度 整個(gè)載流導(dǎo)線(xiàn) l 在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度真空的磁導(dǎo)率等于上式沿載流導(dǎo)線(xiàn)的積分 實(shí)驗(yàn)表明：疊加原理適用于磁感強(qiáng)度 整個(gè)載流導(dǎo)線(xiàn) l 在P點(diǎn)產(chǎn)二、應(yīng)用畢奧 薩伐爾定律及疊加原理計(jì)算磁場(chǎng)1. 載流直導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng) 取電流元 方向 由疊加原理lPIdMNIO二、應(yīng)用畢奧 薩伐爾定律及疊加原理計(jì)算磁場(chǎng)1. 載流直

12、 統(tǒng)一變量方向所以 統(tǒng)一變量方向所以 討論 無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn) 載流直導(dǎo)線(xiàn)及其延長(zhǎng)線(xiàn)上的點(diǎn)dB=0，B=0或 半無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn) 討論 無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn) 載流直導(dǎo)線(xiàn)及其延長(zhǎng)線(xiàn)上的點(diǎn)dB=0O2. 圓電流軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)PyRxx由對(duì)稱(chēng)性方向如圖P點(diǎn)處 大小O2. 圓電流軸線(xiàn)上的磁場(chǎng)PyRxx由對(duì)稱(chēng)性方向如圖P點(diǎn)處 方向沿 x 軸方向 討論 圓心處 若為N 匝圓電流，則 大小 方向沿 x 軸方向 討論 圓心處 若為N 匝圓電流，則 大場(chǎng)中任一點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度120例題 8-1 電流 I = 30 A被折成120，C 位于解AOQCPddrr60I A點(diǎn)處d方向角平分線(xiàn)上，r =5 cm，求A及C點(diǎn)的磁

13、感強(qiáng)度。設(shè)電流PO 及OQ在分別為 及 ，則場(chǎng)中任一點(diǎn)產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度120例題 8-1 電流 I =大小方向 C點(diǎn)處OQ段方向方向大小方向120AOQCPddrr60IdPO段大小方向 C點(diǎn)處OQ段方向方向大小方向120AOQC設(shè)線(xiàn)圈1在O1處產(chǎn)生的0.5A，各有20匝，間距為0.1m，求各線(xiàn)圈中心處磁RRR解12產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度為 ，則磁感強(qiáng)度為 ，線(xiàn)圈2 在O1處感強(qiáng)度：兩線(xiàn)圈電流方向相同；電流方向相反。 例題 8-2 半徑為0.1m兩共軸線(xiàn)圈電流大小均為設(shè)線(xiàn)圈1在O1處產(chǎn)生的0.5A，各有20匝，間距為0.1m， 兩線(xiàn)圈電流方向相同，則 與 均沿相同的軸向 兩線(xiàn)圈電流方向相反，則 與 沿軸

14、向方向相反 兩線(xiàn)圈電流方向相同，則 與 均沿相同的軸向 兩線(xiàn)圈電流的磁場(chǎng)本質(zhì)上是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的Idl得單位體積中的載流子數(shù)n1s內(nèi)到達(dá)S面的載流子數(shù)vSn1s內(nèi)通過(guò)S面的電荷I=qvSnSn根據(jù)畢奧薩伐爾定律，對(duì)電流元8-5 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)電流的磁場(chǎng)本質(zhì)上是運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的Idl得單位體積中的載流子數(shù)方向大小一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度dl 中的運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)運(yùn)動(dòng)電荷的速度運(yùn)動(dòng)電荷至場(chǎng)點(diǎn)的位矢由 轉(zhuǎn)向 的右旋前進(jìn)方向方向大小一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度dl 中的運(yùn)動(dòng)電荷數(shù)運(yùn)動(dòng)電為 的圓軌道上以速度 繞核解軌道中心處 的大小+-例題 8-3 在玻爾氫原子的模型中，電子在半徑運(yùn)動(dòng)，求軌道中心處 的大小。為

15、的圓軌道上以速度 I一、安培環(huán)路定理1. 閉合回路 l 包圍長(zhǎng)直電流關(guān)于線(xiàn)積分 的值的定理lOO回路平面放大acbIacb繞行方向8-6 安培環(huán)路定理I一、安培環(huán)路定理1. 閉合回路 l 包圍長(zhǎng)直電流關(guān)于線(xiàn)積 閉合回路 l 繞行方向不變電流反向IlOO回路平面I左手螺旋系，電流取負(fù)值繞行方向與電流成左手螺旋系 閉合回路 l 繞行方向不變電流反向IlOO回路平面I左手螺2. 閉合回路 l 不包圍長(zhǎng)直電流IlOO回路平面Iabl1l2令回路不包圍電流，積分為零2. 閉合回路 l 不包圍長(zhǎng)直電流IlOO回路平面Iabl3. 同時(shí)存在幾個(gè)相互平行的長(zhǎng)直電流 安培環(huán)路定理回路包圍的電流的代數(shù)和推廣到任意

16、形狀的電流以及任意位置的回路穿過(guò)回路所包圍曲面的電流的代數(shù)和空間所有的電流在回路上產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度3. 同時(shí)存在幾個(gè)相互平行的長(zhǎng)直電流 安培環(huán)路定理回路 定理是從畢奧-薩伐爾定律導(dǎo)出的，具普適性應(yīng)用該定理計(jì)算載流導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)是有條件的 密繞無(wú)限長(zhǎng)直螺線(xiàn)管 螺繞環(huán) 均勻分布的圓柱體或圓柱面形無(wú)限長(zhǎng)電流通常，如下三種電流的磁場(chǎng)可以計(jì)算：二、應(yīng)用安培環(huán)路定理計(jì)算載流導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng)要求磁場(chǎng)的分布具有高度對(duì)稱(chēng)性 定理是從畢奧-薩伐爾定律導(dǎo)出的，具普適性應(yīng)用該定理計(jì)算載1. 密繞載流長(zhǎng)直螺線(xiàn)管內(nèi)的磁場(chǎng)LPabcdR積分回路內(nèi)部磁場(chǎng)均勻臨近處單位長(zhǎng)上的線(xiàn)圈匝數(shù)1. 密繞N 匝通有電流 I 的螺線(xiàn)管內(nèi)磁場(chǎng)為單位長(zhǎng)上的

17、線(xiàn)圈匝數(shù)n 2. 載流空心環(huán)形螺線(xiàn)管內(nèi)的磁場(chǎng)I磁場(chǎng)幾乎全部集中于管內(nèi)lR大小方向沿管內(nèi)軸向積分回路N 匝通有電流 I 的螺線(xiàn)管內(nèi)磁場(chǎng)為單位長(zhǎng)上的線(xiàn)圈匝數(shù)n 2一、洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力當(dāng) 與 夾角為q 時(shí)q磁感強(qiáng)度定義其中 與 垂直 8-7 帶電粒子在外磁場(chǎng)中受到的力及其運(yùn)動(dòng)一、洛倫茲力磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛倫茲力當(dāng) 與 夾二、帶電粒子 q 在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) q 作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)1. 初速度+ q 作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)2. 與 垂直+qq 軌道半徑回轉(zhuǎn)周期 二、帶電粒子 q 在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) q 作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)1洛倫茲力始終垂直于速度方向，只改變速度方向，而不改變速度大小q 作

18、螺旋運(yùn)動(dòng)螺旋半徑周期螺距3. 與 斜交成 角 +qh洛倫茲力始終垂直于速度方向，只改變速度方向，而不改變速度大小4. 帶電粒子在均勻電場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 湯姆孫實(shí)驗(yàn)電場(chǎng)力磁場(chǎng)洛倫茲力1897年湯姆孫測(cè)出電子荷質(zhì)比湯姆孫實(shí)驗(yàn)陰極射線(xiàn)管高壓陽(yáng)極電場(chǎng)極板磁場(chǎng)線(xiàn)圈4. 帶電粒子在均勻電場(chǎng)和均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 湯姆孫實(shí)驗(yàn)電場(chǎng)力 質(zhì)譜儀 回旋加速器D形盒間隙顯示屏 質(zhì)譜儀 回旋加速器D形盒間隙顯示屏加入垂直于板面的均勻磁場(chǎng) 后，電流計(jì)偏轉(zhuǎn) 一、霍耳效應(yīng)G二、霍耳電勢(shì)差A(yù)AA、 間的電勢(shì)差dbII+-K 為霍耳系數(shù)*8-8 霍耳效應(yīng)加入垂直于板面的均勻磁場(chǎng) 后，電流計(jì)偏轉(zhuǎn) 一、霍三、霍耳效應(yīng)的基本原理載流子

19、受洛倫茲力電場(chǎng)力GAAdbII+-+ + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - -載流子是正電荷三、霍耳效應(yīng)的基本原理載流子受洛倫茲力電場(chǎng)力GAAdbIIGAAdbII+-+ + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - -載流子是負(fù)電荷GAAdbII+-+ + + + + + + + + + 時(shí)設(shè)導(dǎo)體薄板內(nèi)的載流子數(shù)密度為n，則霍耳電勢(shì)差為其中載流子電荷所以時(shí)設(shè)導(dǎo)體薄板內(nèi)的載流子數(shù)密度為n，則霍耳電勢(shì)差為其中載流子電磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的作用力稱(chēng)為安培力8-9 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的作用安培定律大小方向在任意外磁場(chǎng)中I在磁場(chǎng)中磁感強(qiáng)度為

20、B 的某點(diǎn)處電流元Idl所受到的磁場(chǎng)作用力為 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的作用力稱(chēng)為安培力8-9 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線(xiàn)的 任意形狀載流導(dǎo)線(xiàn) l 在任意磁場(chǎng)中所受安培力 若載流導(dǎo)線(xiàn)為直線(xiàn) l， 為均勻磁場(chǎng)為直導(dǎo)線(xiàn)電流方向與外磁場(chǎng)方向的夾角 任意形狀載流導(dǎo)線(xiàn) l 在任意磁場(chǎng)中所受安培力 若載一、載流平面線(xiàn)圈在均勻磁場(chǎng)中所受的力矩剛性矩形載流線(xiàn)圈在均勻磁場(chǎng)中構(gòu)成一力偶，力矩為對(duì)矩形線(xiàn)圈合力為零abcdII8-10 磁場(chǎng)對(duì)載流線(xiàn)圈的作用一、載流平面線(xiàn)圈在均勻磁場(chǎng)中所受的力矩剛性矩形載流線(xiàn)圈在均勻線(xiàn)圈所受的磁力矩令線(xiàn)圈磁矩方向?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針?lè)较騛dIa矩形線(xiàn)圈面積線(xiàn)圈若包含N 匝導(dǎo)線(xiàn)可推廣應(yīng)用于任意形狀平面線(xiàn)圈M線(xiàn)圈所受的

21、磁力矩令線(xiàn)圈磁矩方向?yàn)楦┮暷鏁r(shí)針?lè)较騛dIa矩形例題 8-4 電子繞原子核運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一圓電流，解電子繞核運(yùn)動(dòng)的圓電流強(qiáng)度電子磁矩由例題8-3知代入得+-的數(shù)據(jù)求電子的磁矩。這圓電流的磁矩稱(chēng)為電子的磁矩。試由例題8-3給出例題 8-4 電子繞原子核運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一圓電流，解電子繞核運(yùn)二、載流平面線(xiàn)圈在長(zhǎng)直電流非均勻磁場(chǎng)中所受力PIyRxIOQL長(zhǎng)直電流 I在 P點(diǎn)磁場(chǎng)電流元 受力線(xiàn)圈上電流元 和電流元受力的 y 方向分量抵消二、載流平面線(xiàn)圈在長(zhǎng)直電流非均勻磁場(chǎng)中所受力PIyRxIO 磁電式儀表工作原理彈簧游絲樞軸指針I(yè) 直流電機(jī)工作原理電刷樞芯接電壓源 磁電式儀表工作原理彈簧游絲樞軸指針I(yè) 直流電機(jī)

22、工作原理電刷一、兩無(wú)限長(zhǎng)平行直電流間的相互作用力兩平行長(zhǎng)直電流同向相吸，異向相斥d8-11 電流強(qiáng)度的單位安培的定義一、兩無(wú)限長(zhǎng)平行直電流間的相互作用力兩平行長(zhǎng)直電流同向相吸，二、安培的定義通有大小相等的電流若則國(guó)際單位制基本單位安培的定義則導(dǎo)線(xiàn)中的電流定義為1A如果每米長(zhǎng)度導(dǎo)線(xiàn)上的相互作用力正好是真空中相距1m的兩無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線(xiàn)二、安培的定義通有大小相等的電流若則國(guó)際單位制基本單位安一、磁介質(zhì)的三種類(lèi)型1. 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì) 凡與磁場(chǎng)有相互影響的實(shí)物物質(zhì)磁介質(zhì)放在傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)中產(chǎn)生附加磁場(chǎng)的現(xiàn)象介質(zhì)中總磁感強(qiáng)度磁介質(zhì)磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)傳導(dǎo)電流的磁場(chǎng)8-12 磁介質(zhì)的磁化 磁導(dǎo)率一、磁

23、介質(zhì)的三種類(lèi)型1. 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì) 凡與磁場(chǎng)2. 磁介質(zhì)分類(lèi) 抗磁質(zhì) 順磁質(zhì) 鐵磁質(zhì)如 和它們的合金、NiCoFe以及鐵氧體等與 同向，且與 反向，且對(duì)磁場(chǎng)空間中的均勻各向同性磁介質(zhì)與 同向，且2. 磁介質(zhì)分類(lèi) 抗磁質(zhì) 順磁質(zhì) 鐵磁質(zhì)如 1. 分子電流和分子磁矩參與兩種運(yùn)動(dòng)：繞核運(yùn)動(dòng)與自旋二、順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理分子電流SNNS分子磁矩各電子繞核運(yùn)動(dòng)和自旋的等效電流左視圖1821年安培提出分子電流假設(shè)這種分子電流相當(dāng)于基元磁體，產(chǎn)生磁效應(yīng)認(rèn)為每個(gè)分子中都存在回路電流物質(zhì)分子中各電子同時(shí)1. 分子電流和分子磁矩參與兩種運(yùn)動(dòng)：繞核運(yùn)動(dòng)與自旋二、順磁 順磁質(zhì)的磁化分子磁矩?zé)o序排列趨向外磁

24、場(chǎng)方向分子磁矩轉(zhuǎn)向2. 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理分子電流附加磁場(chǎng) 與 同向 加外磁場(chǎng) 順磁質(zhì)的磁化分子磁矩?zé)o序排列趨向外磁場(chǎng)方向分子磁矩轉(zhuǎn)向2.引起附加磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)，抗磁質(zhì)分子電流總體為零 抗磁質(zhì)的磁化附加磁場(chǎng) 與 反向但各電子仍有繞核運(yùn)動(dòng)與自旋在外磁場(chǎng)中各電子因旋進(jìn)產(chǎn)生分子電流引起附加磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)，抗磁質(zhì)分子電流總體為零 抗磁質(zhì)的磁化-e電子軌道運(yùn)動(dòng)電子角動(dòng)量角動(dòng)量繞 旋進(jìn)轉(zhuǎn)向電子磁矩等效分子電流角動(dòng)量旋進(jìn)轉(zhuǎn)向角動(dòng)量陀螺的進(jìn)動(dòng)附加磁矩 與 方向相反-e電子軌道運(yùn)動(dòng)電子角動(dòng)量角動(dòng)量繞 旋進(jìn)轉(zhuǎn)向電子磁矩等效三、磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率 真空中磁導(dǎo)率 三種磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)三、磁導(dǎo)率

25、相對(duì)磁導(dǎo)率 真空中磁導(dǎo)率 三種磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)MgAlWTiPtO21.0000121.0000231.0000681.0000711.0000301.000002 BiHgAgC（金剛石）PbCu0.9998340.9999680.9999740.9999780.9999820.999990一些磁介質(zhì)室溫下的相對(duì)磁導(dǎo)率對(duì)一切抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)Mg1.000012Bi0.999834一些磁介 真空中安培環(huán)路定理的進(jìn)一步說(shuō)明穿過(guò)回路所包圍曲面的傳導(dǎo)電流與分子電流的代數(shù)和真空中安培環(huán)路定理也適用于有磁介質(zhì)存在的磁場(chǎng)空間所有的傳導(dǎo)電流與分子電流在回路上產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度實(shí)際應(yīng)用中

26、，分子電流無(wú)法直接測(cè)量傳導(dǎo)電流分子電流8 -13 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng) 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理 磁場(chǎng)強(qiáng)度則希望等式右邊只含傳導(dǎo)電流 真空中安培環(huán)路定理的進(jìn)一步說(shuō)明穿過(guò)回路所包圍曲面的傳導(dǎo)電流一、磁化面電流抗磁質(zhì)的則相反以充滿(mǎn)均勻順磁質(zhì)磁介質(zhì)的螺線(xiàn)管為例傳導(dǎo)電流 I內(nèi)部磁效應(yīng)相互抵消分子電流磁化面電流附加磁場(chǎng)順磁質(zhì)的磁化面電流與傳導(dǎo)電流方向相同一、磁化面電流抗磁質(zhì)的則相反以充滿(mǎn)均勻順磁質(zhì)磁介質(zhì)的螺線(xiàn)管為 磁化面電流線(xiàn)密度螺管圓柱面單位長(zhǎng)度上的磁化面電流的計(jì)算根據(jù)定義介質(zhì)內(nèi)總磁感強(qiáng)度抗磁質(zhì)取負(fù)號(hào)大小為 磁化面電流線(xiàn)密度螺管圓柱面單位長(zhǎng)度上的磁化面電流的計(jì)算磁介質(zhì)中二、有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理lcdba

27、取環(huán)路abcd單位長(zhǎng)傳導(dǎo)電流為nI磁介質(zhì)中二、有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理lcdba取環(huán)路abcd 是一個(gè)輔助物理量 磁場(chǎng)線(xiàn)描繪磁場(chǎng)強(qiáng)度。 線(xiàn)上任一點(diǎn)的切向 磁場(chǎng)強(qiáng)度 的環(huán)流只與傳導(dǎo)電流有關(guān)，但 不僅由 決定磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理令為該點(diǎn) 的方向，磁場(chǎng)線(xiàn)的密度等于該點(diǎn) 的大小 是一個(gè)輔助物理量 磁場(chǎng)線(xiàn)描繪磁場(chǎng)強(qiáng)度。 線(xiàn)上任例題 8-5 磁導(dǎo)率為m的鐵磁質(zhì)為鐵芯的環(huán)形螺解取過(guò)環(huán)內(nèi)任一點(diǎn) 的 線(xiàn)為閉合曲線(xiàn) L環(huán)內(nèi)H、B；介質(zhì)的磁化面電流線(xiàn)密度 jS 。線(xiàn)管，n = 500，I =4A，m = 5.010-4 H/m。計(jì)算：例題 8-5 磁導(dǎo)率為m的鐵磁質(zhì)為鐵芯的環(huán)形螺解取過(guò)環(huán)內(nèi)用核磁共振技術(shù)產(chǎn)生的人腦

28、截面的偽彩色圖像永磁體產(chǎn)生電磁脈沖 核磁共振用核磁共振技術(shù)產(chǎn)生的人腦截面的偽彩色圖像永磁體產(chǎn)生電磁脈沖 B-H 曲線(xiàn)H/(Am-1)鐵磁質(zhì)的一些特殊性質(zhì)：鐵磁質(zhì)滿(mǎn)足普適關(guān)系 ，且不是常量 外磁場(chǎng)撤除后，仍保留 超過(guò)臨界溫度（居里點(diǎn)）鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)*8-14 鐵磁質(zhì)是 H 的函數(shù)部分磁性剩磁現(xiàn)象鐵磁性消失，變?yōu)轫槾刨|(zhì)B/T B-H 曲線(xiàn)H/(Am-1)鐵磁質(zhì)的一些特殊性質(zhì)：鐵磁質(zhì)一、鐵磁質(zhì)的磁化曲線(xiàn)HcabdefBr-HcO起始磁化曲線(xiàn)剩余磁感強(qiáng)度矯頑力磁滯回線(xiàn)磁滯B 總是落后 H 的變化B換向開(kāi)關(guān)沖擊電流計(jì)鐵磁質(zhì)磁化曲線(xiàn)的測(cè)量一、鐵磁質(zhì)的磁化曲線(xiàn)HcabdefBr-HcO起始磁化曲線(xiàn)剩二、鐵磁性材料磁滯回線(xiàn) 應(yīng)用于交變磁場(chǎng)1. 軟磁材料 如軟鐵、硅鋼等 特征損耗小，易磁化也易退磁HB電磁起重機(jī)變壓器Hc小，曲線(xiàn)包圍面