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一、早期发现的磁现象春秋战国时代：“管子、地数篇”记有“上有慈石者，其下有铜金。公元前三世纪：“吕氏春秋”上记有“磁石召铁”。公元前250年：“韩非子、有度”中记有“司南”（指南器）。公元一世纪：王充的“论衡”中记有“司南勺”,十一世纪：沈括的“梦溪笔谈”中记有“方家以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也“。（比哥伦布发现地磁偏角早好几百年）,十世纪：有“磁石吸铁可隔碍相通”的记载。,82磁场磁感强度,1985年江西省临川县朱济南墓出土，江西省临川市上渡辖区文管所藏。陶涌手中持一罗盘，俑座底部墨书“张仙人”三字，故又称该俑为“张仙人”俑，是古代风水先生的造型。此件为研究旱罗盘出现的时间、造型及作用，提供广可靠的实物资料。,持罗盘的陶佣,司南,汉（前206一公元220年）盘17.8厘米17.4厘米，勺长11.5厘米，口径4.2厘米司南由青铜地盘与磁勺组成。地盘内圆外方，中心圆面下凹，圆外盘面分层次铸有八天干，十二地支、四卦，标示二十四个方位。磁勺是用天然磁体磨成，置于地盘中心圆内，勺头为N,勺尾为S，静止时，因地磁作用，勺尾指向南方。此模型是王振铎先生据论衡等书记载并参照出土汉代地盘研究复制。,指南车（模型）,指南车是三国时期（220280年）魏人马钧创制的。它利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍保持指南。模型是王振铎先生据三国志注引魏略及宋史舆服志复原的。,铁、镍、钴等的合金和铁氧体,同性磁极相斥异性磁极相吸,确定磁极N、S,地南极,地北极,磁南极,磁北极,磁体,永久磁铁,地磁现象,磁相互作用,秦始皇的阿凡宫北门就是用磁石做成的。（为防刺客）晋朝的马翁用磁石压道，以阻碍敌人的兵器。,1820年丹麦科学家奥斯特发现电流对磁针有作用力,同年法国物理学家安培用实验证明了,通电以后,一切磁现象都是运动电荷产生的,载流导线间有相互作用，并总结提出了安培定律,二、基本磁现象,1、磁铁有磁极：北极N、南极S极;二者不能分割开,3、通电导线周围有磁场（奥斯特实验-发现电流的磁效应）。,2、磁极同性相斥,异性相吸,4、磁场对通电导线有作用（安培发现电流在磁场中受力）。,5、磁场对运动电荷有作用。,电流（运动电荷）,磁场,电流（运动电荷）,磁铁,磁铁,安培定律,三、安培（法国）的物质磁性假说（在1822年）,运动电荷（电流）,运动电荷（电流）,磁场,任何物体的分子中都存在着回路电流，称为分子电流。磁性物质中的分子电流是“有序排列”的，分子电流相当于基元磁铁，物质的磁性取决于物质中分子电流对外界磁效应的总和。,磁现象的电本质：一切磁现象均起源于电荷的运动,注意区分：,库仑相互作用：,磁相互作用：,无论电荷是静止的还是运动的都存在。,只有运动电荷之间才存在。,安培定律,磁场的重要表现：,力的表现：,功的表现：,磁场对运动电荷（电流）有力作用。,载流导线在磁场中运动时磁力作功。,磁感强度用运动电荷在磁场中的受力情况来定义；,实验表明：,1、运动电荷在外磁场中受力：,四、磁场、磁感强度,1、大小,3、单位:特斯拉T、高斯G1特斯拉=104高斯,2、方向:在某点小磁针N极的指向规定为该点的磁感应强度B的方向;,Fmax为实验电荷所受的最大磁力，与运动方向有关，总是垂直于实验电荷的运动速度方向。,3、在磁场中某点有：Fmax/qv=恒量，且与q、v大小无关。,定义：,一、磁感应线：,规定：（1）磁感应线上任意一点的切线方向与该点的磁场方向一致；（2）穿过垂直于B的单位面积上的磁感应线数，与B的大小相等,形象描绘磁场的分布,磁感应线的性质：（1）每条磁感应线都是环绕电流的闭合曲线，无头无尾。（涡旋场）（2）磁感应线不会相交。,8-3磁感线磁通量,二、磁通量m,面积元dS的法线与磁感应强度的夹角为，则通过面积元dS的磁通量（简称磁通）为,磁感应线密度：处处等于磁感应强度的大小。在磁场中的P点作面积元dS，使它与该点的磁感应强度B的方向垂直，设dN为通过此面积元的磁感应线数，则磁感应线密度为,2、m的单位:韦伯Wb(T.m2),三、磁场的高斯定理,通过任一闭合曲面的总磁通量为0,涡旋场,与静电学中的高斯定理的区别与联系,有源场,即:磁场是无源有旋场,说明:磁通量为0,B不一定为0,在任意磁场中通过任意曲面S的磁通量为,高斯定理,二、毕-萨-拉定律的实验基础,1、“无限长”载流直导线附近的磁场（al）,2、圆形载流导线圆心处的磁场,84毕奥萨伐尔定律,电流元,在真空某点激发的磁场,三、毕奥萨伐尔拉普拉斯定律：,称为真空的磁导率,在SI制中：,写成矢量式：,磁场大小：,磁场的方向的方向,1、载流长直导线产生的磁场,四、任意形状载流导线的磁场：,电流元在P点的磁场：,统一积分变量：,讨论:,1)在导线延长线上,2)导线无限长时，,3)导线半无限长时，,载流长直导线产生的磁场：,2、载流圆线圈轴线上的磁场,应用毕奥萨伐尔定律：,所以，载流圆线圈轴线上的磁场：,半圆在o点：,3）远离圆心处p点：,2)圆环的一部分，在o点：,载流圆线圈轴线上的磁场：,4）若圆电流有N匝，且不考虑其厚度，则有：,轴线上,圆心处,讨论：,1)在圆心处：x=0,(和实验结果B=kI/R一致）,3、载流直螺线管内部的磁场,载流圆线圈在轴线P点的场强,讨论:,1、螺线管无限长时，,2、螺线管半无限长时，,3、在螺线管轴线中点,整个螺线管在轴线P点的场强,即,（n为单位长度上的匝数）均匀场,例1、如图所示的电流，求O点的磁感强度,解:O点的磁场只有半圆电流有贡献，有,例2、两根长直导线沿铜环的半径方向引向环上的a，b两点，如图所示，并且与很远的电源相连。设圆环由均匀导线弯曲而成，电源电流为I，求各段载流导线在环心O点产生的磁感强度以及O点的合磁场的磁感强度。,方向垂直环面向里。,I2在O点产生B2：,，方向垂直环面向外。,解：因为O点在长直导线的延长线上，故载流直导线在O点产生的磁感应强度为零。如图所示，I1在O点产生B1,a,b,由于两段圆弧形导线是并联的，所以,即：,因为B1=B2而方向相反，所以O点的磁感应强度等于零。,例3、在一半径R=1.0cm的无限长半圆形金属薄片中，自上而下有电流I=5.0A均匀通过，如图所示。求半圆片轴线上O点的磁感强度。,它在O点产生的磁感应强度,dBX=-dBsin，dBy=dBcos由对称性可知：,解：如图所示，无限长圆柱形载流金属薄片可看作许多平行的无限长直导线所组成，对应于宽为dl的窄条无限长直导线中的电流为：,所以O点产生的磁感应强度,代入数据,方向沿x轴的负方向。,电流的定义：,（对正电荷）,I=qnvs,电流元：Idl=（qnvs）dl,电流元在P点产生的磁场：,电流元内的粒子数dN=nsdl,每个带电粒子在P点产生的磁场为：,85运动电荷的磁场,运动电荷产生的磁场为：,大小：,方向：,（正电荷）,运动电荷的磁场已被实验证实：电子射线能使旁边的小磁针偏转，用通电金属丝代替电子射线能产生相同的效果。说明电流的磁场的本质是运动电荷的磁场。,
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