磁场磁感应强度.ppt

9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场9-1磁场磁感应强度9-2安培环路定理9-3磁场对载流导线的作用第九章稳恒磁场9-4磁场对运动电荷的作用9-5回旋加速器磁聚焦9-6磁介质9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场一基本磁现象1.自然磁现象☆磁性：能吸引铁磁物资(Fe、Co、Ni）的一种特性☆磁体：具有磁性的物体☆地磁：地球是一个大磁体。'''451501070965070，东经纬地磁北极大约在－－南，西经纬地磁南极大约在－－北☆磁极：磁性集中的区域磁极不能分离，（正负电荷可以分离开）§9.1磁场磁感应强度9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场地核每400年比地壳多转一周据1995年4月3日，《中国教育报》报道，兰州大学地质地理教授对我国黄土高原的古地磁进行考察时，证实了世界多国的发现：地磁的南北极曾经多次颠倒，在大颠倒间隙、地磁的磁极有不断漂移的历史。现在的磁极正处在缓慢漂移期，暂时还不会对人类产生影响地壳地核地幔NS地球的磁极每隔几千年会发生颠倒9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场I后来人们还发现磁电联系的例子有：磁体对载流导线的作用；通电螺线管与条形磁铁相似；载流导线彼此间有磁相互作用；……1819－1820年丹麦物理学家奥斯特首先发现了电流的磁效应。放在通有电流的导线周围的磁针，会受到力的作用而发生偏转。2.磁现象起源于运动电荷9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场☆安培的分子电流假说②近代分子电流的概念：轨道圆电流＋自旋圆电流＝分子电流①1822年安培提出了用分子电流来解释磁性起源。一切磁现象的根源是电流.任何物质的分子中都存在有圆形电流，称为分子电流.分子电流相当于一个基元磁铁.３.磁力磁体与磁体间的作用；电流与磁体间的作用；磁场与电流间的作用；磁场与运动电荷间的作用；9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场二磁感应强度1.磁场1）磁力的传递者是磁场电流(或磁铁)磁场电流(或磁铁)2磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体作功，表明磁场具有能量磁场与电场一样、是客观存在的特殊形态的物质。9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场2.磁感应强度磁矩是矢量，其方向与线圈的法线方向一致，表示沿法线方向的单位矢量.法线与电流流向成右螺旋系0mPISn磁场方向：线圈受到磁力矩使试验线圈转到一定的位置而稳定平衡.在平衡位置时，线圈所受的磁力矩为零，此时线圈正法线所指的方向，定义为线圈所在处的磁场方向.ImPImPBmPn9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场maxmMBP磁感强度大小磁感应强度的单位1特斯拉＝104高斯（1T＝104GS）是试验线圈受到的最大磁力矩.是试验线圈的磁矩maxMmP磁场中某点处磁感应强度的方向与该点处试验线圈在稳定平衡位置时的法线方向相同；磁感应强度的量值等于具有单位磁矩的试验线圈所受到的最大磁力矩.9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场三磁通量规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感应强度B的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感应强度B的大小.I1.磁力线SNISNI9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场磁力线的特性：（1）磁场中每一条磁力线都是环绕电流的闭合线，且每条闭合线与闭合电路互相套和，因此磁场是涡旋场。（2）任何两条磁力线在空间不相交。（3）磁力线的环绕方向与电流方向之间满足右手定则。ISNI9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场dcosddmΦBSBSsdmΦBS单位：韦伯（Wb）21Wb1TmddmΦBSBsB2.磁通量磁通量：穿过磁场中某一曲面的磁力线总数，称为穿过该曲面的磁通量，用符号表示.mΦndS9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场ssdB0i)磁力线是无头无尾的闭合曲线，ii)磁场是无源场，磁场无磁单极存在。由于磁力线是无头无尾的闭合曲线，所以穿过任意闭合曲面的总磁通量必为零。四磁场中的高斯定理磁场中的高斯定理：穿过任意闭合曲面的总磁通量必为零.9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场五毕奥-萨伐尔定律任一电流元Idl在给定点P所产生的磁感应强度dB的大小与电流元的大小成正比，与电流元和由电流元到P点的矢径r间的夹角的正弦成正比，而与电流元到P点的距离r的平方成反比.dB的方向垂直于dl和r所组成的平面，指向为由Idl经小于180°的角转向r时右螺旋前进的方向.9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场IP*2dsin(d,)dIlIlrBkr3ddIlrBkrlIdBdrlIdrBd对于真空中的磁场：04πk704π10T/Am真空的磁导率03dd4IlrBr9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场03dd4πLIlrBBr磁感强度叠加原理：任意形状的载流导线在给定点P产生的磁场，等于各段电流元在该点产生的磁场的矢量和.02dsin(d,)d4πIlIlrBr毕奥—萨伐尔定律30dπ4drrlIB或9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场运动带电粒子产生的磁场304rrqB9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场由确定电流元在P点的的方向将向选定的坐标轴投影，然后分别求出xxdBByydBBzdBBz六毕奥-萨伐尔定律的应用rlIdBdBd9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场1、载流直导线的磁场解：取电流元Idl，P点对电流元的位矢为r，电流元在P点产生的磁感应强度大小为02sin4IdldBr方向垂直纸面向里，且所有电流元在P点产生的磁感应强度的方向相同，所以02sinB4LLIdldBr9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场设垂足为o,电流元离o点为l，op长为a，r与a夹角为sincostanla2cosddlacosar则02sinB4LLIdldBr9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场LI40120sinsin4aI21cos40daI2cosdacos22cos1acosar因为sincos2cosdadl02sinB4LLIdldBr所以9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场※关于角的有关规定：※长直电流的磁场2,221aIB2角增加的方向与电流方向相同，则为正，反之，则为负１2ＩPoI0,021１2PoI0,021１2PoI0,0219–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场半长直电流的磁场半长直电流：垂足与电流的一端重合，而直电流的另一段是无限长。aIB2212,021PI0I0P9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场真空中有一半径为R的圆形载流线圈，通有电流I，现计算在圆线圈的轴线上任一点P的磁感应强度.2.圆形电流轴线上的磁场xxRP*0202dsin(d,)d4πd4πIlIlrBrIlroBdrlIddB//dBd0BB9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场222π00033223/202d4π4π2()RIRRIRIlrrRx0//2dddsin4πIlRBBBrrB的方向垂直于圆电流平面，与圆电流环绕方向构成右螺旋关系，沿x轴正方向.9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场RIB203）（在圆心处）0x22003322IRIRBxx4）Rx2）的方向不变(和成右螺旋关系）0xBIB1）若线圈有匝N2322202）（RxIRNB讨论2mRSPISn磁矩003322mISPBnxx9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场3.载流直螺线管内部的磁场如图所示，螺线管的半径为R，总长度为L，单位长度内的匝数为n.计算此螺线管轴线上任一场点P的磁感应强度B.解在距P点l处取一小段dl，则该小段上有ndl匝线圈，对点P而言，这一小段上的线圈等效于电流强度为Indl的一个圆形电流.该圆形电流在P点所产生的磁感应强度dB的大小为203/222dd2RInlBRl9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场op1Al2A+++++++++++++++cotlR222222sinRRlrr203/222dd2RInlBBRl2dcscdlR210021(sin)d(coscos)22BnInI21dlr222222cscsinRRlR9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场021(coscos)2BnI讨论RL（1）若，对无限长的螺线管12π,0nIB0nIB02112π,02nI021xBnI0O（2）对长直螺线管的端点（如点）1A9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场例9.1半径为R的薄圆盘均匀带电，总电量为q.令此盘绕通过盘心，且垂直于盘面的轴线匀速转动，角速度为ω.求：(1)轴线上距盘心O为x的P点处的磁感应强度B；(2)圆盘的磁矩Pm.解(1)在圆盘上任取一半径为r，宽度为dr的圆环，此圆环所带的电量为圆盘的电荷面密度.当此圆环以角速度ω转动时，相当于一个面电流，其电流大小为2d2d,qqrrR2ddd2qIqrrR9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场2300223/22223/2ddd2()2()rIqrrBrxRrx322002223/22220d2d[2]2()2RqqrrRxBBxRrxRRxB的方向沿x轴正向.(2)先求圆环的磁矩dPm，其大小为322dddmqrPrIrR3220dd4RmmqqPPrrRR9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场一、安培环路定理§9.2安培环路定理1.定理证明lRIlBldπ2d0oIRl设闭合回路为圆形回路（与成右螺旋）IllIlBl0dBldRIBπ20以电流为圆心的圆形回路9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场若回路绕向为逆时针oIRBldlrBlIdldoIRBldloIRBBldlrrBllIIddldIIlBl0π200dπ2d§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场dcosdlr02IBr无限长直电流产生的磁场中，闭合曲线L与I垂直，在P点r为P点离导线的垂直距离.B的方向在平面上且与矢径r垂直.对任意形状的回路l2000dcosddd2LLIBlBlBrI§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场IL01122ddd2IBlBl0dd2211lBlBd0LBl00121222IIBBrr，d1dl1r2r2dl1B2B电流在回路之外§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场如果闭合曲线L不在一个平面内以上结论对任意形状的闭合电流（伸向无限远的电流）具有普遍性.//d(dd)BlBll//cos90dcosdBlBl000dd22IIrr式中“±”号取决于积分回路绕行方向与电流方向的关系0dLBlI§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场多电流情况321BBBB)(d320IIlBl1I2I3Il§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒磁场安培环路定理0diLBlI在真空中的稳恒电流磁场中，磁感应强度沿任意闭合曲线L的线积分(也称矢量的环流)，等于穿过这个闭合曲线的所有电流强度(即穿过以闭合曲线为边界的任意曲面的电流强度)的代数和的倍.B0B§9.2安培环路定理9–1磁场磁感应强度第9章稳恒