第10章电磁相互作用和稳恒磁场.ppt

2 * 第10章 电磁相互作用和稳恒磁场 10-1 稳恒电流 一 电流 电流密度 （SI 制单位:安培 A） 对大块导体不仅需用物理量电流强度来描述，还需建立电流密度的概念，进一步描述电流强度的分布。 1、载流子：形成电流的电荷。电子、正、负离子等 2、传导电流：载流子在导体中定向运动形成的电流。 3、电流强度：单位时间内通过导体任一截面的电量。 二 电流密度 定义电流密度矢量： （多种载流子也适用） 金属中： dS 载流子平均速度 没有外电场时，载流子热运动的平均速度为0 在电场作用下载流子的平均定向速度（漂移速度）为 方向: 大小: 该点的电流流向 电流密度 dI dS? P I ? 大块导体 dI 对任意曲面S： 为形象描写电流分布，可以引入“电流线”的概念 I是 的通量 三 电流的连续性方程 恒定电流条件 根据电荷守恒定律： 电流的连续性方程 稳恒（恒定）电流 各处电流密度都不随时间发生变化 稳恒电流条件： I1 I2 I3 S S1 S2 S3 节点电流方程（基尔霍夫第一方程） 通过任意闭合曲面 S 一侧流入的电量等于从另一侧流出的电量 根据电荷守恒定律： 电流的连续性方程 单位时间内流出 S 面内的电量 应等于该闭合曲面内电量的减少 四 稳恒电场： 不随时间改变的电荷分布所产生的电场——稳恒电场 稳恒电场与静电场相似： 都服从高斯定理和环路定理 也有 也可以引入“电势” 在恒定电流电路中，沿任何闭合回路一周的电势降落的代数和为0 回路电压方程 （基尔霍夫第二方程） 恒定电场与静电场的区别： 例：导体内部和表面的场强 - - - + + + 静电场（静电平衡） 恒定电场 + + - - 1. 欧姆定律 电流 电导率 电阻 ? 是电阻率，单位：欧姆.米 欧姆定律的微分表达式： 2 . 电功率和焦耳定律 电功率 焦耳定律: 焦耳定律的微分表达式： -- 热功率密度 五 欧姆定律和焦耳定律的微分形式 单位：西门子.米-1 10-2 电磁相互作用 一 基本磁现象 1.磁体与磁体 2. 磁体对电流 3. 电流对磁体 （1820年奥斯特实验） 4. 磁体对运动电荷 磁现象本质： 运动电荷对运动电荷的作用 磁力是运动电荷相互作用的表现 I 二 磁场 磁感应强度 磁感应强度 方向: 大小: 不受力的方向定义为 的方向. 单位: 特斯拉 T ( 1 T = 10 4 G ) 洛伦兹力 磁场力或磁力 电场力 运动电荷 磁场 运动电荷 磁体和电流（运动电荷）在其周围空间产生磁场 + z x y 磁场也服从叠加原理 也可以引入磁感线（磁力线或 线）来形象的描述磁场 磁通量 1 . 若 磁场对粒子的作用力为零， 粒子仍将以 作匀速直线运动。 2 . 若 粒子作圆周运动如图 半径 三.四 运动电荷受力 带电粒子在磁场中的运动 频率 洛仑兹力 先考虑 周期 3. 一般情况下， 与 有一夹角 螺距 4. 非均匀磁场 磁镜 磁瓶 B 五 带电粒子在电场和磁场中的运动 霍尔电压 ——霍尔系数 洛仑兹力 - - - - - - - - - - - - - - - - - ? + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - ? + + + + + + + + + + + + + （a）q0 + + + + + + + + + + + + ? - - - - - - - - - - - - - - - - - - （b）q0 10-3 毕奥 —萨伐尔定律 方向: 大小: 满足右手螺旋法则。 叠加原理 一 毕奥 —萨伐尔定律 真空磁导率 I r0 P 0 例1 直线电流的磁场 无限长直线电流的磁场 二 毕奥 —萨伐尔定律应用举例 I 0 x P R r x 当x=0 圆形电流中心处 例2 圆形电流对称轴线处磁场： 1 .距无限长直线电流r 远处的 大小 可以证明： 2 .圆形电流中心处 的大小 3 .无限长均匀密绕直螺线管轴线上的 的大小 0 R I I 0 I R 0 三 磁偶极矩 圆电流对称轴线上 圆电流面积 引入磁矩 描述载流线圈性质 当圆电流面积很小或者场点离圆电流很远时： 圆电流叫磁偶极子 为磁偶极子的磁矩 例3、载流直螺线管轴线上的磁场 讨论： （1）无限长均匀密绕直螺线管 （2）半无限长均匀密绕直螺线管(轴线上端面处） 10-4 磁场的高斯定理 1 . 磁感线 1）磁感线上任意一点的切线方向表示该点 3）磁感线不相交。 4）磁感线是闭合曲线。 的方向。 2）磁感线的疏密表示 的大小。 5）磁感线与其所包围的电流流向互成右手螺旋关系。 (a) 直线电流磁感线 (b)圆形电流磁感线 (c) 通电螺线