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§8-1 恒定电流
§8-2 磁感应强度
§8-3 毕奥–萨伐尔定律
§8-4 恒定磁场的高斯定理和安培环路定理
§8-5 带电粒子在电场和磁场中的运动
§8-6 磁场对载流导线的作用
§8-7 磁场中的磁介质
§8-8 有磁介质时的安培环路定理和高斯定理 磁
场强度
*§8-9 铁磁质
第八章 恒定电流的磁场
§8-1 恒定电流
电流 I
标量,方向
一、电流 电流密度
电流密度矢量
方向:正电荷运动的方向。
大小:等于单位时间内从垂直于电荷运动方向的单位截面上流过的电荷量。
几种典型的电流分布
粗细均匀的金属导体
粗细不均匀的金属导线
半球形接地电极附近的电流
几种典型的电流分布
电阻法勘探矿藏时的电流
同轴电缆中的漏电流
电流就是电流密度穿过某截面的通量。
电流与电流密度的关系
二、电源的电动势
电源——提供非静电力的装置,把正电荷从电势低的地方(电源负极)移到到电势高的地方(电源正极)。
导体内形成持续电流的条件:
载流子、电势差
电源把其它形式的能量转化为电势能。如化学电池、发电机、热电偶、硅(硒)太阳能电池、核反应堆等。
非静电场的场强:
电动势 :
电动势 等于将单位正电荷从
电源负极沿内电路移到正极过
程中非静电场力做的功。
标量,方向
导线的电阻:
一段导体的欧姆定律:
*三、欧姆(G.S.Ohm)定律
1. 一段含源电路和闭合电路的欧姆定律
例:简单闭合电路
电路中有如图所示电流I。
绕行一周,各部分的电势变化总和为0。
推广至多个电源和电阻组成的回路,有
闭合电路的欧姆定律
注意式中电动势正负取值的规定。
设电路中有如图所示电流。
(1)如果 I 0,电路中电流如图所示。
(2)如果 I 0,电路中电流与图示方向相反。
例如计算如图闭合回路的电流。
讨论
一段含源电路,A、B两端的电势差为
一般形式(一段含源电路的欧姆定律)为
注意等式右边各项正负号取法的规则。
欧姆定律的微分形式
2. 欧姆定律的微分形式
§8-2 磁感应强度
一、基本磁现象
电现象与磁现象密切相关
2. 传导电流( 运动电荷)之间的磁力,
1. 永磁铁, 磁极
3. 物质磁性本质的假说, 分子电流
至今未发现磁单极
一切磁现象起源于运动电荷(电流)。
二、磁感应强度
研究运动电荷在磁场中受力,实验表明:
(1)q 以同一速率沿不同方向通过P点时,所受磁力大小不同,总是垂直
(2)q 以某一方向运动时时,所受磁力为零。
规定此方向为磁场的方向
(3)当q 垂直磁场的方向运动时所受磁场力最大,且正比于q正比于v
单位 (SI): T(特斯拉) , Gs(高斯)
人体心电激发的磁场约 310-10 T,地球磁场约510-5 T,电磁铁约几(十)T,超导磁铁约几十T,原子核附近约104 T,脉冲星约108 T。
(4)磁场力总是垂直于B与v组成的平面
据此可以确定B的正向
三、磁感应线和磁通量
磁感线上各点的切线方向表示 此处磁场的方向
磁感线的疏密反映磁场的强弱
1. 磁场的定性描述——磁感应线(磁感线)
磁感应线的性质
磁感应线与闭合电流套连成无头无尾的闭合曲线
磁感应线绕行方向与电流成右手螺旋关系
2. 磁通量
通过面元dS的磁通量:
通过有限曲面S的磁通量:
磁通量:穿过磁场中任一给定曲面的磁感应线总数。
磁感应强度又称磁通量密度。
§8-3 毕奥–萨伐尔定律
一、毕奥–萨伐尔(Biot-Savart) 定律
方向
大小
类似方法计算任意形状线电流所激发的磁场:
真空中(SI):
任意线电流所激发的总的磁感应强度
毕奥–萨伐尔定律:
(Biot-Savart law)
真空磁导率:
二、应用毕奥-萨伐尔定律计算磁感应强度示例
例8-1 载流长直导线的磁场 设有长为L的载流直导线(I ),计算场点P处的磁感应强度。
大小:
方向:
解:
变量代换:
特例:
a. 若导线无限长, 即
(长直电流的磁场)
b. 半无限长直导线
方向由右手螺旋法判断。
讨论
解: 选取坐标系和电流元,
方向:
例8-2 载流圆线圈轴线上的磁场 半径为R的载流圆线圈(I、R),计算轴线上任一点P 的磁感应强度。
定义载流线圈的磁矩:
1. 圆心处,x=0,
2. 远离圆心处,xR,x= r,
等效磁偶极子
试与电偶极子轴线上远处的电场强度公式比较:
讨论
设螺线管半径R,通有电流 I, 单位长度上匀绕 n匝线圈,计算轴线上任一点P 的磁感应强度。
解:在螺线管上任取一小段dl,相当于电流为Indl
方向:沿轴线朝右,
例8-3 载流直螺线管内部的磁场
1. 若螺线管无限长,
2. 左端点:
螺线管电流轴线上的磁感应强度
讨论
例8-4 在实验
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