11-1磁感应强度

单击此处编辑母版标题样式,第,11,章 真空中恒定电流的磁场,标题简介,真空：,限定了空间中不存在介质,磁场：,是物质的一种形式。磁铁与磁铁、电流与电流、磁铁与电流之间的相互作用是通过磁场来传递的。磁场对电流有安培力的作用，磁场力对运动电荷或者电流要做功，说明磁场具有质量、能量和动量。,恒定磁场：,又称为静磁场，指磁感应强度不随时间变化的磁场，但在空间不同位置可以有不同的值。,静磁场是由恒定电流（或者说恒定运动的电荷）产生的磁场。,变速运动的电荷要产生变化的电磁场。,对磁场的感性认识,在磁体周围有人眼看不见的磁场。用铁屑我们能够发现这种磁场是什么样子的。当铁屑在磁场中时，它们就围绕着磁体形成一个磁场的图形。,主要内容：,电流产生磁场,磁场的描述：,磁场的规律：,Biot-savart,s law,Gauss,theorem,Ampere,s circulation theorem,主要内容,(,续,),：,磁场对电流的作用,磁场对运动电荷的作用,磁场对载流导线的作用,磁场对闭合载流导线的作用,洛伦兹力,安培力,磁力矩,本章学习方法,对比,与静电场的研究方法类似,与静电场的研究结论对比,11-1,磁感强度 磁场的高斯定理,1.,基本磁现象,中国在磁学方面的贡献：,最早发现磁现象：磁石吸引铁屑,春秋战国,吕氏春秋,记载：磁石召铁,东汉王充,论衡,描述：,司南勺,最早的指南器具,十一世纪沈括发明指南针，发现地磁偏角，,比欧洲的哥伦布早四百年,十二世纪已有关于指南针用于航海的记载,司南勺,早期的磁现象包括,:,(1),天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。,(2),条形磁铁两端磁性最强，称为磁极。一只能够在水平面内自由转动的条形磁铁，平衡时总是顺着南北指向。指北的一端称为北极或,N,极，指南的一端称为南极或,S,极。同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引。,(3),把磁铁作任意分割，每一小块都有南北两极，任一磁铁总是两极同时存在。,(4),某些本来不显磁性的物质，在接近或接触磁铁后就有了磁性，这种现象称为磁化。,基本磁现象,自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用？,17,世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！,1731,年,英国商人,雷电后，刀叉带磁性,！,1751,年,富兰克林,莱顿瓶放电后，缝衣针磁化了,！,1812,年,奥斯特,1820,年,4,月哥本哈根大学,电与磁,丹麦物理学家奥斯特,接通电源时，放在边上的磁针轻轻抖动了一下，电流反向时磁针的偏转也反向,电流的磁效应,I,I,1820,年,7,月,21,日，以拉丁文报导了,60,次实验的结果：电流可以产生磁场。,1820,年 奥斯特 磁针上的电碰撞实验,电流的磁效应,运动的电荷,？,磁现象与电现象有没有联系？,静电场,静止的电荷,安培提出分子电流假设,:,磁现象的电本质,运动的电荷产生磁场,运动电荷,磁场,产生,作用,基本磁现象,奥斯特,静止电荷,静止电荷,静止电荷之间,的作用力,电力,运动电荷之间,的作用力,电力,+,磁力,运动电荷,运动电荷,说明,1,、磁场由运动电荷,(,或电流,),产生,;,3,、磁场有能量、,二、磁场 磁感应强度,电场,磁场传递磁相互作用,2,、磁场对运动电荷,(,或电流,),有力的作用,;,如何描述磁场的特性？,设计实验确定空间一点的磁感应强度,1,、,类比：,静电场中用试探电荷研究电场,磁场：用,运动,试探电荷研究磁场，用 表示 磁场的强弱和方向。,2,、对运动试探电荷有什么要求？,对运动试探电荷的要求,要求此运动电荷产生的磁场应该充分小，小到它不能影响我们所研究的原来的磁场,此电荷的线度应该充分小，小到某一时刻所处的位置就是一个几何点。故应该要求它还是一个点电荷。,3,、试验发现：,运动电荷在磁场中受到力的作用，受力大小与下列因素有关：,F,与,V,和,B,的夹角有关：当,V,与,B,平行时，,F=0;,当,V,与,B,垂直时，,F=Fmax,q,沿此直线运动时,定义,为磁感应强度,于是,，设该比例系数为,B,。,可知,B,是与电荷无关而仅与该点,磁场性质有关的物理量,大小：,方向：沿 的方向,单位,T,或,Gs,1Gs=10,4,T,由此，可以唯一地确定空间任意点的,讨论,1.,由,划分磁场为：,均匀磁场：空间各处的 大小相等，方向相同,非均匀磁场：空间各处的 大小或者方向不同,2.,3.,磁场的高斯定理,(,磁通连续原理,),几种不同形状电流磁场的磁感应线,3.1,磁感应线的性质,电流,磁感应线,与电流套连,闭合曲线,(,磁单极子不存在,),互不相交,方向与电流成右手螺旋关系,规定,：,通过磁场中某点处垂直于 矢量的单位面积的磁感应线数等于该点 矢量的量值。磁感应线越密，磁场越强；磁感应线越稀，磁场就越弱，磁感线的分布能形象地反映磁场的方向和大小特征。,3.2,磁通量,磁通量：,穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数,。,对于曲面上的非均匀磁场，一般采用微元分割法求其磁通量。,d,S,n,磁场的高斯定理,(,磁通连续原理,),单位：,韦伯,(,Wb,),对所取微元，磁通量：,对整个曲面，磁通量：,d,S,n,磁场的高斯定理,(,磁通连续原理,),穿过任意闭合曲面,S,的总磁通必然为零，这就是磁场的,高斯定理,。,说明磁场是,无源场,。,3.3,静磁场的高斯定理,由磁感应线的闭合性可知，对任意闭合曲面，穿入的磁感应线条数与穿出的磁感应线条数相同，因此，通过任何闭合曲面的磁通量为零。,高斯定理的积分形式,磁场的高斯定理,(,磁通连续原理,),穿过任意闭合曲面,S,的总磁通必然为零，这就是磁场的,高斯定理,。,说明磁场是,无源场,。,3.3,静电场的高斯定理,通过闭合曲面的电通量,闭合曲面内的电量,由磁感应线的闭合性可知，对任意闭合曲面，穿入的磁感应线条数与穿出的磁感应线条数相同，因此，通过任何闭合曲面的磁通量为零。,高斯定理的积分形式,磁场的高斯定理,(,磁通连续原理,),