大學物理 磁場和它的源

磁性：天然磁石或人工磁鐵吸收鐵(Fe)，

鈷(Co)，鎳(Ni)的性質(zhì)。

磁體——具有磁性的物體

永久磁體——長期保持磁性的物體磁極：條形磁鐵兩端磁性最強的部分在水平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動的條形磁鐵，在平衡時總是指向南北方向的，分別稱為磁鐵的兩極（N、S）。磁力——磁體之間的相互作用，同極相斥，異極相吸基本磁現(xiàn)象第12章磁場和它的源§12、1磁力與電荷的運動SNSN磁鐵間的相互作用SN磁性物質(zhì)1磁性物質(zhì)2磁場1磁場2+按場論的觀點：1.磁場2.奧斯特電流的磁效應實驗（1819)科學背景：

17世紀，學者吉爾伯特、庫侖等認為電與磁不可能有什么關(guān)系奧斯特1735年，一位商人描述：閃電使他的刀叉磁化了；1751年，富蘭克林用萊頓瓶放電的方法磁化了一根鋼針I(yè)SN電流對磁鐵的作用奧斯特電流的磁效應實驗ISN電流對磁鐵的作用I電流對磁鐵的作用SNI電流對磁鐵的作用SN電流磁性物質(zhì)磁場按場論的觀點：奧斯特實驗意味著電流與電流之間的相互作用FFII隨后，安培著重研究了電流對電流的作用電流與電流之間的相互作用IIFF+磁場對運動電荷的作用電子束S+磁場對運動電荷的作用N電子束III磁鐵究竟是什么？磁性的本質(zhì)？安培：通電螺線管模擬了一個磁針I(yè)IISN一塊磁鐵，如同一個永恒的環(huán)形電流。地球的磁場

脈沖星的輻射：燈塔模型

脈沖星的磁層3.安培分子環(huán)流假說天然磁性的產(chǎn)生也是由于磁體內(nèi)部有電流流動。電荷的運動是一切磁現(xiàn)象的根源。等效環(huán)形電流假說：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。在磁性物質(zhì)分子中，存在著回路電流，稱分子電流，它相當于一個基元磁鐵。若將這些分子電流定向地排列起來，宏觀上顯示出N、S極來。分子電流：原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子繞核運動和自旋運動形成了分子電流。所有磁現(xiàn)象可歸納為：運動電荷

AA的磁場B的磁場產(chǎn)生作于用產(chǎn)生作于用運動電荷

B+靜電荷運動電荷恒

定電流靜電場恒定磁場電場磁場

學習方法：類比法§12.2磁場與磁感應強度一、磁現(xiàn)象1、磁鐵的現(xiàn)象磁極間存在著磁力N極與S極相互依存而不可分離

2、電流的磁現(xiàn)象3、磁的本源安培分子電流：物質(zhì)的每個分子都存在著回路電流

--分子電流結(jié)論：磁現(xiàn)象的本源是電荷的運動磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象的基本區(qū)別電流與磁鐵之間，以及電流與電流之間都有磁相互作用二、磁場1、磁場的概念：磁場是運動電荷激發(fā)或產(chǎn)生的一種物質(zhì)。2、基本任務(wù)：用什么物理量描寫磁場運動電荷產(chǎn)生磁場的規(guī)律磁場對運動電荷作用的力3、注意電荷間總存在庫侖作用只有運動電荷之間才存在磁的相互作用磁場磁鐵磁鐵電流電流磁場運動電荷運動電荷單位

特斯拉+磁感強度大小

運動電荷在磁場中受洛侖茲力三、磁感強度脈沖星：表面磁場約為108T；某些原子核附近：104T超導磁體：可激發(fā)高達25T的磁場；大型磁鐵：可激發(fā)大于2T的恒定磁場；地球磁場：大約10－4T；室內(nèi)：10-7-10-6T人體心臟：激發(fā)的磁場約為3×10－10T.常見磁場的磁感應強度大小§12.3畢奧—薩伐爾定律一、電流的磁場1、電流元的磁場(畢奧-薩伐爾定律)

2、討論

電流元在空間某點處磁場的大小

、和三個矢量的方向之間服從右手螺旋法則

μ0為真空的磁導率

對比點電荷的電場和電流元的磁場

磁場疊加原理：載流導線在空間中某點的總磁感強度是所有電流元在該點磁感強度的矢量疊加

電子儀器中常把等值反向電流導體扭繞一起

——減少激發(fā)磁場12345678例判斷下列各點磁感強度的方向和大小.+++1、5點：3、7點：2、4、6、8點：畢奧—薩伐爾定律二、畢奧-薩伐爾定律的應用計算步驟：任選一段電流元，并標出其到場點

P

的位矢，確定兩者的夾角求出電流元在場點P所激發(fā)的磁感強度建立坐標系將在坐標系中分解后積分XYrP已知：真空中建立坐標系OXY任取電流元寫出分量式dllθ大小方向+1.載流直導線的磁場統(tǒng)一積分變量無限長載流直導線+rP討論半無限長載流直導線+rP討論直導線延長線上無限長載流直導線半無限長載流直導線無限長載流直導線半無限長載流直導線直導線延長線上+討論+討論無限長載流直導線半無限長載流直導線直導線延長線上I無限長直線電流的磁場pR已知:真空中R、I求軸線上P點的建立坐標系OXY任取電流元分析對稱性、寫出分量式大小方向2.圓形電流的磁場36統(tǒng)一積分變量結(jié)論方向：右手螺旋法則pRR討論（2）若載流線圈有N匝，則在x=0處：（1）當長為l的一段圓弧在x=0處：I圓電流的磁場概念定律方法結(jié)論電場磁場類比對一段載流導線畢奧-薩伐爾定律1載流直導線的磁場2圓形電流的磁場3載流直螺線管內(nèi)部的磁場真空中，半徑為R，載流密繞螺線管，電流為I，單位長度的匝數(shù)為n，求管內(nèi)軸線上一點的磁感強度................pSl若螺線管為無限長若P點處于半無限長載流螺線管的一端................p管內(nèi)中部軸線附近近似為勻強磁場。在管端口處，磁場等于中心處的一半。xBOII通電螺線管的磁場BIS12.4勻速運動點電荷的磁場電流產(chǎn)生磁場的本質(zhì)，就是由于帶電粒子的運動。研究運動電荷的磁場，即研究畢奧—薩伐爾定律的微觀意義根據(jù)畢奧薩法爾定律，電流元產(chǎn)生的磁場其中電荷數(shù)密度速率截面積dl中載流子總數(shù)運動電荷產(chǎn)生的磁場每一個以速度v

運動的電荷所產(chǎn)生的磁感應強度的大小為：運動電荷的磁場是畢奧-薩伐爾定律的微觀表示形式，同時也揭示了微觀物質(zhì)的磁性。一、安培環(huán)路定理靜電場Irl1、圓形積分回路12.5安培環(huán)路定理改變電流方向磁場2、任意積分回路.則磁場環(huán)流為

環(huán)路上各點的磁場為所有電流的貢獻3、積分回路內(nèi)有多根載流導線環(huán)路上某點P的磁感強度為

⊙對一對線元來說

環(huán)路外的電流產(chǎn)生的磁場環(huán)流為零

4、回路外電流產(chǎn)生的磁場環(huán)流——在環(huán)路L

中

——在環(huán)路L外

則磁場環(huán)流為

環(huán)路上各點的磁場為所有電流的貢獻5、推廣到一般情況安培環(huán)路定理

真空中,磁感強度沿任意閉合環(huán)路L的線積分（環(huán)流），等于該環(huán)路所包圍的所有電流強度的代數(shù)和的倍。即：環(huán)路內(nèi)外電流產(chǎn)生磁感強度矢量和環(huán)路所包圍的電流(1)積分回路方向與電流方向呈右手螺旋關(guān)系滿足右手螺旋關(guān)系時

反之

(2)磁場是有旋場——電流是磁場渦旋的軸心

(3)安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導線，對于任意設(shè)想的一段載流導線不成立例如圖中載流直導線,設(shè)

則沿L的環(huán)流為:討論環(huán)路所包圍的電流由環(huán)路內(nèi)外電流產(chǎn)生由環(huán)路內(nèi)電流決定位置移動不變不變改變靜電場穩(wěn)恒磁場磁場沒有保守性，它是非保守場，或無勢場電場有保守性，它是保守場，或有勢場電力線起于正電荷、止于負電荷。靜電場是有源場磁力線閉合、無自由磁荷(無磁單極）磁場是無源場IR當場源分布具有高度對稱性時，利用安培環(huán)路定理計算磁感應強度.1.無限長載流圓柱導體的磁場分布★分析對稱性電流分布——軸對稱磁場分布——軸對稱已知：I、R電流沿軸向，在截面上均勻分布12.6利用安培環(huán)路定理求磁場的分布IR

★作積分環(huán)路并計算環(huán)流如圖★利用安培環(huán)路定理求IR

結(jié)論：無限長載流圓柱導體。已知：I、R已知：I、n(單位長度導線匝數(shù))★