1、第九章穩(wěn)恒磁場1靜電荷運動電荷穩(wěn)恒電流靜電場穩(wěn)恒磁場電場 磁場 學習方法： 類比法21-1 磁場、磁感應強度 一、磁場SNSNISN同極相斥異極相吸電流的磁效應1820年奧斯特天然磁石磁現(xiàn)象3電子束NS+4 安培提出分子電流假說：宏觀物質內(nèi)部存在著分子電流，每個分子電流均有磁效應，物質的磁性就是這些分子電流對外表現(xiàn)出的磁效應的總和。 磁性物質產(chǎn)生磁現(xiàn)象的解釋：NS分子電流：原子、分子等微觀粒子內(nèi)電子繞核運動和自旋運動形成了分子電流。 當各分子電流取向傾向一致時，物質便對外表現(xiàn)出磁性 。5 在磁極或電流周圍會產(chǎn)生磁場，磁極或電流之間的相互作用是通過磁場傳遞的 。運動電荷(電流) 磁場 運動電荷(

2、電流) 二、磁感應強度 磁場中小磁針靜止時N極的指向方向（試驗電荷q0沿此方向運動時，其受力為零），規(guī)定為磁感應強度的方向 。材料1Fmax: 運動電荷受到的最大磁力。 61-2 畢奧薩伐爾定律一、畢奧薩伐爾定律電流元對一段載流導線方向判斷： 右手螺旋定則 7二、幾種載流導線的磁場1. 載流直導線產(chǎn)生的磁場XYaP已知：真空中，建立坐標系OXY任取電流元8統(tǒng)一積分變量：XYaP9討論1）無限長載流直導線2）直導線延長線上+方向判斷： 右手螺旋定則 10pR2. 圓型電流軸線上的磁場已知: R、I，求軸線上P點的磁感應強度。建立坐標系OXY任取電流元分析對稱性、寫出分量式11統(tǒng)一積分變量結論方向

3、： 右手螺旋定則大小：xpR12討論1）在圓心處 I N 匝載流圓線圈（各匝半徑相同，忽略線圈厚度）： 定義：圓線圈的磁矩I132）載流圓弧，在圓心處 I 圓心角3. 載流密繞直螺線管內(nèi)部的磁場Sl14 設真空中有一長為l ，半徑為R的均勻密繞直螺線管，單位長度的匝數(shù)為n，所載電流為I。 .PO15討論1）若 即無限長的螺線管， 則有2）半無限長直螺線管的端點（例如，左端點）則有161-3 磁場的高斯定理一、磁感應線（磁力線）方向：切線大?。篒直線電流的磁力線圓電流的磁力線I通電螺線管的磁力線17（1）磁感應線是無頭無尾的閉合曲線。（2）任意兩條磁感應線在空間不相交。（3）磁感應線的環(huán)繞方向與

4、電流方向組成右手螺旋關系。磁感應線的特點：二、磁通量穿過磁場中任一曲面的磁力線的條數(shù)18三、高斯定理穿過任意閉合曲面的磁通量為零物理意義：磁場是無源場，即不存在磁單極。19一、 安培環(huán)路定理 在真空中的穩(wěn)恒磁場中，磁感應強度的環(huán)流，等于穿過該閉合曲線的所有電流強度的代數(shù)和的 倍。(1)物理意義：磁場是非保守場，不能引入磁勢概念。 (2)電流取正時與環(huán)路構成右手螺旋關系。 如圖1-4 磁場的安培環(huán)路定理20靜電場穩(wěn)恒磁場磁場沒有保守性，它是非保守場，或無勢場電場有保守性，它是保守場，或有勢場電力線起于正電荷、止于負電荷。靜電場是有源場 磁力線閉合、無自由磁荷磁場是無源場21二、安培環(huán)路定理的應用

5、 當場源分布具有對稱性時，利用安培環(huán)路定理計算磁感應強度分布。IR例1. 無限長載流圓柱導體的磁場分布分析對稱性電流分布軸對稱磁場分布軸對稱已知：I、R電流沿軸向，在截面上均勻分布22的方向判斷如下：23IR24練習：同軸的兩筒狀導線通有等值反向的電流I, 求 的分布。25已知：I、n(單位長度導線匝數(shù))分析對稱性管內(nèi)磁力線平行于管軸管外靠近管壁處磁場為零.例2. 長直載流螺線管的磁場分布26.管內(nèi)：27 已知：I 、N、R1、R2 N導線總匝數(shù)分析對稱性磁力線分布如圖作積分回路如圖方向右手螺旋rR1R2.+.例3. 環(huán)形載流螺線管（螺繞環(huán)）的磁場分布28.BrO計算環(huán)流利用安培環(huán)路定理求rR

6、1R2.+.291-5 磁場對載流導線的作用一、 安培定律安培力：電流元在磁場中受到的磁力方向判斷：右手螺旋定則載流導線受到的磁力：大?。?0B取電流元受力大小方向結論方向例1、均勻磁場中載流直導線所受安培力31例2、均勻磁場中任意形狀導線所受的作用力受力大小方向如圖所示建坐標系，取分量取電流元32導線2單位長度上所受的磁力為：二、兩平行長直載流導線間的相互作用力a電流單位“安培”的定義： 真空中兩條載有等量電流，且相距為1米的長直導線，當每米長度上的相互作用力為210-7N時，導線中的電流大小為1A。導線1單位長度上所受的磁力為：33三、均勻磁場對載流線圈的作用.34如果線圈為N匝 上式對于

7、處于均勻磁場中的任意形狀的平面線圈都是適用的。 35四、磁場對運動電荷的作用1、洛侖茲力運動電荷在磁場中所受的磁場力36大小方向 洛侖茲力永遠不做功，即洛侖茲力只能改變速度的方向，而不能改變速度的大小。 粒子在同時存在電場和磁場的空間運動時，其受的合力：電場力磁場力洛侖茲關系式2、 帶電粒子在磁場中的運動（自學）373、霍耳效應厚度b,寬為a的導電薄片，沿x軸通有電流強度I，當在y軸方向加以勻強磁場B時，在導電薄片兩側產(chǎn)生一電位差 ，這一現(xiàn)象稱為霍耳效應。RH -霍耳系數(shù)38霍耳效應原理 帶電粒子在磁場中運動受到洛侖茲力q0+ 此時載流子將作勻速直線運動，同時 兩側停止電荷的繼續(xù)堆積，從而在

8、兩側建立一個穩(wěn)定的電勢差39（1）1980年，德國物理學家克里青發(fā)現(xiàn)，在低溫和強磁場的情況下，二維電子氣體的霍耳系數(shù)（2）1982年，美籍華人崔琦等人發(fā)現(xiàn)，當二維電子氣體在更強的磁場和更低的溫度下， RH的取值是量子化的，這種效應稱為量子霍耳效應，該成果獲得1985年的諾貝爾物理學獎。 這種稱為分數(shù)量子化效應。該成果獲1998年的諾貝爾物理學獎。40霍耳效應的應用2、根據(jù)霍耳系數(shù)大小的測定，可以確定載流子的濃度1、確定半導體的類型 霍耳效應在科學技術上的許多領域都有廣泛的應用，如量測技術、電子技術、自動化技術、磁流體發(fā)電技術等。3、用霍耳元件（根據(jù)霍耳效應制作的半導體元件）測磁場， 4、霍耳電

9、機 5、磁流體發(fā)電 411、 磁介質的分類六、磁介質磁介質能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質磁化磁介質在磁場作用下所發(fā)生的變化（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質根據(jù) 的大小和方向可將磁介質分為三大類 附加磁場磁導率描述不同磁介質磁化后對原外磁場的影響定義:422、弱磁質磁化的微觀機制（1）順磁質的磁化由于分子的熱運動，分子磁矩取向各不相同，整個介質不顯磁性。分子磁矩 電子存在兩種運動：繞核的軌道運動和自旋運動。這兩種運動形成分子電流（等效為一個圓電流），分子電流形成的磁矩稱為分子磁矩。無外磁場作用時，分子磁矩不為零43 有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉向外磁場的方向。 分子磁矩

10、產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質磁化的結果：使介質內(nèi)部磁場增強。44（2）抗磁質的磁化無外磁場作用時，分子磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產(chǎn)生附加磁矩外磁場場作用下產(chǎn)生附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用?？勾判允且磺写沤橘|共同具有的特性?？偱c外磁場方向反向453、磁介質中的安培環(huán)路定理磁介質在外磁場中磁化后，會產(chǎn)生磁化電流 IS 。例如，外磁場中的順磁質棒。ISIS46（1）磁場強度在均勻磁介質中，定義： 介質的磁導率（2）安培環(huán)路定理傳導電流磁化電流 磁場強度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于此閉合回路所包圍的傳導電流的代數(shù)和 。I 的方向與回路繞向組成右手螺旋關系時，I 為正。47例1 一無限長載流圓柱體，通有電流I ，設電流 I 均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導率為，柱外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強度和磁感應強度。解：IR48在分界面上H 連續(xù), B 不連續(xù)IR49S4、磁介質中的高斯定理 磁場中，穿過任意封閉曲面的磁通量為零。磁場是無源場，磁感應線是閉合的。 磁介質中的高斯定理505、 鐵磁質（1）鐵磁質的特性 磁導率不是一個常量，它的值不僅決定于原 線圈中的電流，還決定于鐵磁質磁化的歷史。 B 和H 不是線性關系。 有很大的磁導率。 放入線圈中時可以使磁場增強102 104倍。 有剩磁、磁飽和及磁滯