第13-1章 电流和磁场

1磁流体船第十三章电流和磁场2目录13.1电流和电流密度13.2电流的一种经典微观图像13.3磁力与电荷的运动13.4磁场与磁感应强度3目录13.5毕奥—萨伐尔定律13.8安培环路定理求磁场的分布13.9与变化电场相联系的磁场13.10电场和磁场的相对性*13.6匀速运动点电荷的磁场13.7磁通连续定理和安培环路定理4目录13.1电流和电流密度13.2电流的一种经典微观图像13.3磁力与电荷的运动13.4磁场与磁感应强度5电流的形成：一、电流13.1电流和电流密度无规则运动(热运动)----不产生电流漂移运动:电场作用下的运动---产生电流漂移速度:平均定向运动速度电荷的运动自由电荷的定向运动(漂移)61、电荷的定向运动•在导体内有可以自由移动的电荷（载流子）在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在电解质溶液中是离子•在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。72、电流强度dtdqI单位时间内通过任一截面的电量，叫做电流强度电流强度与电子漂移速度的关系在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为dS的圆柱体内的自由电子都要通过横截面积dS；dSnevdSdtdtnevdtdqIdd＝＝vn：导体中自由电子数密度e：电子的电量vd：每个电子的漂移速度此圆柱体内的自由电子数为ndSvddt，电量为dq=nedSvddt；因此通过此导体的电流强度电流强度：表示电流强弱的物理量(标量)，用I表示(宏观量)。dSvdt83、电流密度矢量电流密度矢量的方向为空间某点处正电荷的运动方向,它的大小等于单位时间内该点附近垂直与电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。dSdIdSdtdqj＝电流密度与电荷运动速度的关系dvnej设q0sdJvdtPv引入电流密度的必要性：描述导体中电流分布的物理量——电流密度。通过任意截面的电流SSdjdII9根据电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷4、电流的连续性方程对于任意一个闭合曲面，在单位时间内从闭合曲面向外流出的电荷，即通过闭合曲面向外的总电流为SSdjIdtdQdtdQdtdQi－dtdQSdjiS＝－电流的连续性：单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷等于单位时间内闭合曲面内电荷的减少。电流连续性方程1013.2电流的一种经典微观图像iiitmeEvv0Eiv无电场u电场Ev=011iiitmeEvv0niint12neJnevEmmeEv平均速度平均自由飞行时间u电场E求某一时刻t的平均速度iiitmeEvv0由于v0i的任意性,其平均值为0电场E12欧姆定律的微分形式ISlUlUERUUlSlSUESJSIEmneJ212mne定义EJSlR-----欧姆定律130＝SSdjI恒定电流:方向多样导体内各处电流密度不随时间而改变电流必然闭合的反证法：ifI0dq/dt0,q分布随时间发生改变，电场E也随时间发生改变，j=E也必将随时间发生改变，非恒定。恒定电流:电荷分布不随时间发生改变，电场E也不随时间发生改变；(恒定电场---静电场)。14SNSN磁铁间的相互作用14.3磁力与电荷的运动15SN磁铁间的相互作用SN同性磁极相互排斥,异性磁极相互吸引16磁体对电流的作用17S+磁场对运动电荷的作用N电子束磁场对运动电荷有力的作用18ISN电流对磁铁的作用1820年奥斯特19ISN电流对磁铁的作用1820年奥斯特磁针的一跳电流的磁效应：电流能够产生磁场20电流与电流之间的相互作用IIFF21电流与电流之间的相互作用IIFF电流产生磁场，磁场对电流有力的作用22电流与电流之间的相互作用FFII23电流与电流之间的相互作用IIFF电流产生磁场，磁场对电流有力的作用24磁力通电导线14.3磁力与电荷的运动磁铁运动电荷(电子)分子电流25分子电流InNS安培指出：天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。分子内部，电子和质子等带电粒子的运动也形成微小的电流----分子电流。永磁铁内部的分子电流的方向都按一定的方式排列起来了。26导线：运动电荷磁铁：分子电流磁力磁力-----运动电荷电荷的运动是一切磁现象的根源。27所有磁现象可归纳为：运动电荷AA的磁场B的磁场产生作于用产生作于用运动电荷B非静电场磁场运动电荷:281.磁场对外的重要表现为：①磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力作用。②载流导体在磁场中移动时，磁力对载流导体作功，表明磁场具有能量。13.4磁场与磁感应强度292.磁感应强度的定义：运动电荷在磁场中要受到磁力作用，实验证明：①磁力大小和电荷运动方向有关；~mFv②当电荷沿磁场方向运动时磁力为零，即磁力为零的方向为磁场的方向。BQvBQv30③当电荷运动方向和磁场方向垂直时，所受磁力最大。该点磁场的强弱,定义磁感应强度B的大小:且：F∝mqv而比值Fmqv和qv无关,它反映了B=FmqvBQv31④q0沿其他方向运动时，所受磁力的方向总与磁感应强度B的方向垂直，也与电荷q0速度的方向垂直:0mFqvB此时磁感应强度B的大小:sin0vqFBm一些磁感应强度的大小见P77BQv32③磁感应强度的单位：T（特斯拉）（SI）①磁感应强度是反映磁场性质的物理量，与磁场中的运动电荷无关。*关于磁感应强度的讨论：②磁感应强度是矢量，方向为的方向。Fmv×工程上单位常用高斯（G）41T10Gv（其中为正电荷运动方向）iBB④叠加原理：33若一个运动电荷在另外的运动电荷（如：电流或永磁体）周围运动时，所受作用力：磁场力：0mFqvB00emFFFqEqvB总的作用力：emFFF电场力：0eFqE--洛伦兹力公式34磁力线和磁通量1.磁力线在磁场中画一组曲线，曲线上每一点的切线方向与该点的磁场方向一致，这一组曲线称为磁力线。*磁力线描述磁场的方法①方向：曲线上一点的切线方向和该点的磁场方向一致。②大小：磁力线的疏密反映磁场的强弱。B35直线电流的磁力线IBI直线电流的磁力线36I圆电流的磁力线圆形电流的磁力线37通电螺线管的磁力线II直螺线管电流的磁力线38环形螺线管电流的磁力线..1R2Ro..............................I39对载流长直导线、载流圆环导线和载流螺线管的磁场分布的研究，有以下结论(磁感应线性质)：①磁感应线不会相交②磁感应线是闭合曲线，无头无尾③磁感应线的环绕方向与电流方向之间的关系服从右手螺旋定则④磁感应线的疏密表示磁感应强度的大小，磁感应线密集处，磁感应强度大；稀疏处，磁感应强度小nIoBIoB402.磁通量通过磁场中任一面的磁力线数称为通过该面的磁通量。用m表示。假设S为任意闭合曲面SSmdSBθcosBdSΦ磁通量与磁场大小,面积大小和它们的夹角也有关系规定：dS正方向为曲面上由内向外的法线方向。则：磁力线穿入为负，穿出为正。mΦmΦ41ThankYou!