静电场与稳恒电场ppt课件

一、电流,14.1,电流和电流密度,电流,大量电荷有规则的定向运动形成电流。,方向：规定为正电荷运动方向。,大小：,单位（SI）：安培（A）,电流强度,单位时间内通过某截面的电量。,一、电流14.1 电流和电流密度 电流 大量电荷有规则,电流和磁力,第十四章,电流和磁力第十四章,二、电流密度,不同形状导体的电流线,电流密度:,二、电流密度不同形状导体的电流线电流密度:,单位体积内的载流子数目为n,载流子平均速率为,取一个垂直于场强方向的微小截面,每秒内通过截面,的电量为,过截面 的电流强度：,电流密度公式推导：,单位体积内的载流子数目为n载流子平均速率为取一个垂直于场强方,三、电流密度和电流强度的关系,穿过某截面的电流强度等于通过该面的电流密度的通量。,电流强度是电流密度的通量。,三、电流密度和电流强度的关系 穿过某截面的电流,四、电流的连续性方程,电流的连续性方程,单位时间内从封闭面内向外流出的正电荷的电量。,四、电流的连续性方程电流的连续性方程单位时间内从封闭面内,五、稳恒电场,电流的连续性方程,恒定电流：,导体内各处的电流密度都不随时间变化,对恒定电流有：,在恒定电流情况下，导体内电荷的分布不随时间改变。不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场，这种电场称,恒定电场,。,五、稳恒电场电流的连续性方程恒定电流：导体内各处的电流密,静电场,恒定电场,电荷分布不随时间改变,但伴随着电荷的定向移动,电场有保守性，它是,保守场，或有势场,产生电场的电荷始终固定不动,电场有保守性，它是,保守场，或有势场,静电平衡时，导体内电场为零，导体是等势体,导体内电场不为零，导体内任意两点不等势,维持静电场不需要能量的转换,稳恒电场的存在总要伴随着能量的转换,静电场恒定电场电荷分布不随时间改变电场有保守性，它是产生电场,14.2 电流的一种经典微观图像,设导体内有电场,每个自由电子受力,加速度,一、欧姆定律的微分形式,14.2 电流的一种经典微观图像设导体内有电场每个自由电子受,下次碰撞前的定向速度,有,由,某次碰撞,下一次碰撞,定义电导率：,每次碰撞后瞬间平均而言，,定向速度为零,设两次碰撞间电子平均,自由飞行时间为,下次碰撞前的定向速度有由某次碰撞下一次碰撞定义电导率：每,欧姆定律,欧姆定律,14.3 磁力与电荷的运动,静止电荷,静止电荷,静电力,运动电荷,运动电荷,磁力,磁力现象：,1.永磁体同极相斥，异极相吸,磁铁,磁铁,S,N,S,N,14.3 磁力与电荷的运动静止电荷静止电荷静电力运动电荷运动,2.磁体对电流的作用,3.奥斯特实验,磁体,电流,电流,磁体,电流,磁体,2.磁体对电流的作用3.奥斯特实验磁体电流电流磁体电流磁体,4.磁体对运动电荷的作用,电子束,N,S,+,5.平行电流间的相互作用,磁体,运动电荷,电流,电流,4.磁体对运动电荷的作用电子束NS+5.平行电流间的相互作用,磁铁,磁铁,磁铁,电流,运动的电荷,电流,电流,磁铁,运动的电荷,运动的电荷,运动电荷之间相互作用的表现,磁力：,磁现象的电本质,磁铁磁铁磁铁电流运动的电荷电流电流磁铁运动的电荷运动的电荷,安培指出：,N,S,天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。,分子电流,电荷的运动是一切磁现象的根源。,运动电荷,磁场,对运动电荷有磁力作用,磁,场,安培指出：NS天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。分子,14.4 磁场与磁感应强度,运动电荷（磁铁、电流）在其周围空间存在,磁场,运动的电荷,运动的电荷,磁场,静止电荷,静止电荷,静电场,一、磁场概念的引入,14.4 磁场与磁感应强度运动电荷（磁铁、电流）在其周围空,运动电荷,电场,磁场,二、磁感应强度,1.当点电荷沿某方向运动时，它不受磁场力作用,磁场方向,2.当点电荷垂直于磁场方向运动时，它所受的磁场力最大，用 表示,但对磁场中某一指定点而言，,与 比值,是一 个与 和,的大小都无关的恒量，这恒量仅与磁场在该点的性质有关。,定义磁感应强度B为,运动电荷电场磁场二、磁感应强度1.当点电荷沿某方向运动时，它,磁感应强度B:,磁感应强度B具有叠加的性质,(高斯),方向:小磁针在该点的,N,极指向,单位:,T,(特斯拉),大小:,磁感应强度B:磁感应强度B具有叠加的性质(高斯)方向:,三、磁感线,方向：切线,大小：,三、磁感线方向：切线大小：,I,直线电流的磁感线,圆电流的磁感线,I,通电螺线管的磁感线,1、每一条磁感线都是环绕电流的闭合曲线，都与闭合电路互相套合，因此磁场是涡旋场。磁感线是无头无尾的闭合回线。,2、任意两条磁感线在空间不相交。,I直线电流的磁感线圆电流的磁感线I通电螺线管的磁感线1、每一,磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数,磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数,在均匀磁场中,以周界为,L,的同一平面上张有如图A、B、C、D所示的四种形状的不同曲 面,则穿过每个曲面的总磁通量 为,通过 B图曲面的,最大,B.通过 D图曲面的,最大,C.通过 C图曲面的,最大,D.通过四个曲面的,相同,在均匀磁场中,以周界为L的同一平面上张有如图A、B、C、D所,四、磁场中的高斯定理,穿过,任意,闭合曲面的磁通量为零,磁场是无源场。,四、磁场中的高斯定理穿过任意闭合曲面的磁通量为零磁场是无源场,洛仑兹力,运动电荷在磁场中所受的磁场力,电场力,磁场力,洛仑兹力公式,力与速度方向垂直,。不能改变速度大小，只能改变速度方向。,洛仑兹力运动电荷在磁场中所受的磁场力电场力磁场力洛仑兹力公式,14.5,带电粒子在磁场中的运动,粒子做直线运动,粒子做匀速圆周运动,14.5 带电粒子在磁场中的运动粒子做直线运动粒子做匀速圆,空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如图所示.今有一个粒子,a,能够沿竖直方向穿过该空间,则,a,必带正电,B.,a,必带负电,C.,a,必不带电,D.不能判定,a,是否带电,空间内分布着相互垂直的均匀磁场和均匀电场如图所示.今有一个粒,图示为一均匀磁场,其分布范围为,x,=0到,x,=,y,=的空间一个电量为正,q,、质量为,m,的粒子,以速度,v,从,x,=0,y,=0,沿,x,正向处进入磁场。带电粒子受磁场偏转后,逸出磁场处的坐标为,图示为一均匀磁场,其分布范围为x=0到 x=,习题14.9 北京正负电子对撞机中电子在周长为,240m,的储存环中作轨道运动。已知电子的动量是,求：偏转磁场的磁感应强度。,习题14.9 北京正负电子对撞机中电子在周长为240m的储存,习题14.6 如图，一电子经过A点时，具有速率,（1）欲使这电子沿半圆自A至C运动，试求所需的磁场,大小和方向,(2)求电子自A运动到C所需的时间。,习题14.6 如图，一电子经过A点时，具有速率（1）欲使这电,螺距,d,：,螺距 d：,磁聚焦,磁聚焦,静电场与稳恒电场ppt课件,极光,极光,静电场与稳恒电场ppt课件,静电场与稳恒电场ppt课件,静电场与稳恒电场ppt课件,范艾伦辐射带,极光的形成,范艾伦辐射带极光的形成,14.6霍耳效应,厚度,b,宽为,h,的导电薄片，沿-,x,轴通有电流强度,I,，当在,y,轴方向加以匀强磁场,B,时，在导电薄片两侧,产生一电位差,，这一现象称为,霍耳效应,R,H,-霍耳系数,14.6霍耳效应厚度b,宽为h的导电薄片，沿-x轴通有电流强,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,q0,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,霍尔效应原理,此时载流子将作匀速直线运动，同时 两侧停止电荷的继续堆积，从而在 两侧建立一个稳定的电势差,+q0,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,q0+,霍耳效应的应用,2,、根据霍耳系数的大小的测定，,可以确定载流子的浓度,n,型半导体载流子为,电子,p,型半导体载流子为,带正电的空穴,1,、确定半导体的类型,霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。,3,、可以通过霍尔电压来测量磁场B,霍耳效应的应用2、根据霍耳系数的大小的测定，n型半导体载流子,14.7 载流导线在磁场中受的力和力矩,每个载流子受力：,在 段中共有载流子数目：,这些载流子受力的总和：,一、,安培定律,14.7 载流导线在磁场中受的力和力矩每个载流子受力：在,安培力：,电流元在磁场中受到的磁力,方向判断,右手螺旋,载流导线受到的磁力,大小,安培力：电流元在磁场中受到的磁力方向判断 右手螺旋,平行,z,轴有一长为,L,的载流直导线,电流为,I,该导线处在一均匀磁场,B,中,沿三个坐标轴的分量分别为,Bx,By,Bz.以下结论中哪个是正确的?,A.,Fy=I L By,B.Fz=I L Bx,C.Fx=-I L By,D.Fs=0(Fs表示合力),平行z 轴有一长为L的载流直导线,电流为I,该导线处在,一个电流元,Idl 放在磁场中o点，当它沿 x 轴正向时，受力为零；当它沿 y 轴正向时,受力沿z轴负方向.试问以下各图哪一个正确表示了该点磁感应强度B的方向?,(A),(B),(C),(D),一个电流元 Idl 放在磁场中o点，当它沿 x 轴正向时，受,