靜電荷運動電荷穩恒電流靜電場穩恒磁場電場磁場

學習方法：類比法靜電荷運動電荷穩恒電流靜電場穩恒磁場電場磁場學習本章研究磁場的產生，磁場的基本規律以及磁場與介質的相互作用。磁感應強度是描述磁場的基本物理量。高斯定理和安培環路定理是反映磁場性質的基本規律。磁場對載流導線的作用——安培力和力矩磁場對運動電荷的作用——洛侖茲力磁介質的磁化——鐵磁質第九章穩恒磁場本章研究磁場的產生，磁場的基本規律以及磁場與介質的相互作用。一、基本磁現象SNSNISN同極相斥異極相吸電流的磁效應1820年奧斯特天然磁石9.1磁場磁感應強度

一、基本磁現象SNSNISN同極相斥異極相吸電流的磁效應電子束NS+電子束NS+

磁現象：1、天然磁體周圍有磁場；2、通電導線周圍有磁場；3、電子束周圍有磁場。表現為：使小磁針偏轉表現為：相互吸引排斥偏轉等4、通電線能使小磁針偏轉；5、磁體的磁場能給通電線以力的作用；6、通電導線之間有力的作用；7、磁體的磁場能給通電線圈以力矩作用；8、通電線圈之間有力的作用；9、天然磁體能使電子束偏轉。磁現象：表現為：表現為：4安培指出：（物質磁性假說）NS天然磁性的產生也是由于磁體內部有電流流動。分子電流電荷的運動是一切磁現象的根源。運動電荷磁場對運動電荷有磁力作用磁場安培指出：（物質磁性假說）NS天然磁性的產生也是由于磁體內部二、磁感應強度電流（或磁鐵）磁場電流（或磁鐵）磁場對外的重要表現為：1、磁場對進入場中的運動電荷或載流導體有磁力作用。2、載流導體在磁場中移動時，磁力將對載流導體作功，表明磁場具有能量。對線圈有：磁矩法線方向的單位矢量與電流流向成右旋關系I0載流平面線圈法線方向的規定二、磁感應強度電流（或磁鐵）磁場電流（或磁鐵）磁場對外的I0利用實驗線圈定義B的圖示當實驗線圈從平衡位置轉過900時，線圈所受磁力矩為最大。引入磁感應強度矢量磁場中某點處磁感應強度的方向與該點處實驗線圈在穩定平衡位置時的正法線方向相同；磁感應強度的量值等于具有單位磁矩的實驗線圈所受到的最大磁力矩。I0利用實驗線圈定義B的圖示當實驗線圈從平衡位置轉過900時1.磁力線(磁感應線或線)方向：切線大小：三、磁通量方向:小磁針在該點的N極指向單位:T(特斯拉)(高斯)大小:磁力+磁感應強度1.磁力線(磁感應線或線)方向：切線大小：I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1、每一條磁力線都是環繞電流的閉合曲線，都與閉合電路互相套合，因此磁場是渦旋場。磁力線是無頭無尾的閉合回線。2、任意兩條磁力線在空間不相交。3、磁力線的環繞方向與電流方向之間可以分別用右手定則表示。I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1、每一2、磁通量——穿過磁場中任一曲面的磁力線的條數2、磁通量——穿過磁場中任一曲面的磁力線的條數四、磁場中的高斯定理穿過任意閉合曲面的磁通量為零磁感應強度的散度磁場是無源場。高斯定理的微分形式四、磁場中的高斯定理穿過任意閉合曲面的磁通量為零磁感應強度的2.在均勻磁場

中，過YOZ平面內面積為S的磁通量。1.求均勻磁場中半球面的磁通量課堂練習2.在均勻磁場中，過YOZ平面內面積為S的磁通量。1.IP.五、畢奧---薩伐爾定律1、穩恒電流的磁場電流元對一段載流導線方向判斷：的方向垂直于電流元與組成的平面，和及三矢量滿足矢量叉乘關系。

——比奧-薩伐爾定律IP.五、畢奧---薩伐爾定律1、穩恒電流的磁場電流元對2、運動電荷的磁場IS電流電荷定向運動電流元載流子總數其中電荷密度速率截面積運動電荷產生的磁場2、運動電荷的磁場IS電流電荷定向運動電流元載流子總數其中電第九章-穩恒磁場教材課件XY六、畢奧---薩伐爾定律的應用1.載流直導線的磁場已知：真空中I、1、2、a建立坐標系OXY任取電流元大小方向aP統一積分變量XY六、畢奧---薩伐爾定律的應用1.載流直導線的磁XYaP或：XYaP或：無限長載流直導線半無限長載流直導線直導線延長線上+無限長載流直導線半無限長載流直導線直導線延長線上+pR2.圓形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、寫出分量式大小方向pR2.圓形電流軸線上的磁場已知:R、I，求軸線上P統一積分變量結論方向：右手螺旋法則大小：xpR統一積分變量結論方向：右手螺旋法則大小：xpR載流圓環載流圓弧II圓心角圓心角載流圓環載流圓弧II圓心角圓心角3、載流直螺線管內部的磁場................pSLn3、載流直螺線管內部的磁場................p討論：1、若即無限長的螺線管，則有2、對長直螺線管的端點（上圖中A1、A2點）則有A1、A2點磁感應強度討論：1、若即無限長的螺線管，則有例9-1、均勻帶電圓盤已知：q、R、圓盤繞軸線勻速旋轉。解：如圖取半徑為r,寬為dr的環帶。qRr求圓心處的及圓盤的磁矩元電流其中例9-1、均勻帶電圓盤已知：q、R、圓盤繞軸線勻速旋轉。qRr線圈磁矩如圖取微元方向：qRr線圈磁矩如圖取微元方向：一、安培環路定理靜電場Irl1、圓形積分回路9-2安培環路定理改變電流方向磁場一、安培環路定理靜電場Irl1、圓形積分回路9-2安培2、任意積分回路.3、回路不環繞電流.2、任意積分回路.3、回路不環繞電流.安培環路定理說明：電流取正時與環路成右旋關系如圖在真空中的穩恒電流磁場中，磁感應強度沿任意閉合曲線的線積分（也稱的環流），等于穿過該閉合曲線的所有電流強度（即穿過以閉合曲線為邊界的任意曲面的電流強度）的代數和的倍。即：安培環路定理說明：如圖在真空中的穩恒電流磁場由環路內外電流產生由環路內電流決定環路所包圍的電流由環路內外電流產生由環路內電流決定環路所包圍的電流位置移動不變不變改變位置移動不變不變改變靜電場穩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靜電場穩恒磁場磁場沒有保守性，它是電場有保守性，它是電力線起IR二、安培環路定理的應用當場源分布具有高度對稱性時，利用安培環路定理計算磁感應強度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IR二、安培環路定理的應用當場源分布具有高度對稱性時，利用安的方向判斷如下：的方向判斷如下：IR作積分環路并計算環流如圖利用安培環路定理求IR作積分環路并計算環流如圖利用安培環路定理求作積分環路并計算環流如圖利用安培環路定理求IR作積分環路并計算環流如圖利用安培環路定理求IR

結論：無限長載流圓柱導體。已知：I、R結論：無限長載流圓柱導體。已知：I、R討論：長直載流圓柱面。已知：I、RrRO討論：長直載流圓柱面。已知：I、RrRO電場、磁場中典型結論的比較外內內外長直圓柱面電荷均勻分布電流均勻分布長直圓柱體長直線電場、磁場中典型結論的比較外內內外長直圓柱面電荷均勻分布電流已知：I、n(單位長度導線匝數)分析對稱性管內磁力線平行于管軸管外靠近管壁處磁場為零...............2.長直載流螺線管的磁場分布已知：I、n(單位長度導線匝數)分析對稱性管內磁力線平行于管計算環流利用安培環路定理求...............計算環流利用安培環路定理求.............已知：I、N、R1、R2

N——導線總匝數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..+++++++++++++++++++++++++++++..................................3.環形載流螺線管的磁場分布已知：I、N、R1、R2分析對稱性磁力線分布如圖作..BrO計算環流利用安培環路定理求rR1R2..+++++++++++++++++++++++++++++...................................BrO計算環流利用安培環路定理求rR1R2..+++++9-3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安培定律方向判斷

右手螺旋載流導線受到的磁力大小9-3磁場對載流導線的作用一、安培定律安培力：電流討論圖示為相互垂直的兩個電流元它們之間的相互作用力電流元所受作用力電流元所受作用力討論圖示為相互垂直的兩個電流元它們之間的相互作用力電流元B×取電流元受力大小方向積分結論方向均勻磁場中載流直導線所受安培力B×取電流元受力大小方向積分結論方向均勻磁場中載流直導線所第九章-穩恒磁場教材課件導線1、2單位長度上所受的磁力為：二、無限長兩平行載流直導線間的相互作用力a電流單位“安培”的定義：放在真空中的兩條無限長平行直導線，各通有相等的穩恒電流，當導線相距1米，每一導線每米長度上受力為2×10-7牛頓時，各導線中的電流強度為1安培。導線1、2單位長度上二、無限長兩平行載流直導線間的相互作用力解：例9-2：求一無限長直載流導線的磁場對另一直載流導線ab的作用力。已知：I1、I2、d、LLxdba解：例9-2：求一無限長直載流導線的磁場對另一直載流Lxdb三、磁場對載流線圈的作用.三、磁場對載流線圈的作用.如果線圈為N匝討論.（1）如果線圈為N匝討論.（1）（2）（3）（2）（3）9-4

磁場對運動電荷的作用一、洛侖茲力運動電荷在磁場中所受的磁場力9-4磁場對運動電荷的作用一、洛侖茲力運動電荷在磁場中所大小方向力與速度方向垂直。不能改變速度大小，只能改變速度方向。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——洛侖茲關系式大小方向力與速度方向垂直。粒子在同時存在電場和磁場的空間運動二、帶電粒子在磁場中的運動粒子做直線運動粒子做勻速圓周運動××××××××××××××××××××××××××××××二、帶電粒子在磁場中的運動粒子做直線運動粒子做勻速圓周運qR螺距h

：qR螺距h：RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR一、磁介質的分類9-6

磁介質磁介質——能與磁場產生相互作用的物質磁化——磁介質在磁場作用下所發生的變化（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質（4）超導體根據的大小和方向可將磁介質分為四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一、磁介質的分類9-6磁介質磁介質——能與磁場產生相二.順磁質與抗磁質的磁化分子磁矩軌道磁矩自旋磁矩——電子繞核的軌道運動——電子本身自旋等效于圓電流——分子電流1、順磁質及其磁化分子的固有磁矩不為零無外磁場作用時，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。分子磁矩二.順磁質與抗磁質的磁化分子磁矩軌道磁矩自旋磁矩——電子繞核有外磁場時，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。分子磁矩產生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質磁化結果，使介質內部磁場增強。有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子2、抗磁質及其磁化分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產生附加磁矩電子繞核的軌道運動電子本身自旋外磁場場作用下產生附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用。抗磁性是一切磁介質共同具有的特性。總與外磁場方向反向2、抗磁質及其磁化分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會定義:磁化強度*三、磁化強度Is——磁化電流js——沿軸線單位長度上的磁化電流（磁化面電流密度）磁化強度M在量值上等于磁化面電流密度。定義:磁化強度*三、磁化強度Is——磁化電流js——沿軸線單abcd取如圖所示的積分環路abcda:磁化強度對閉合回路L的線積分，等于穿過以L為周界的任意曲面的磁化電流的代數和。四、磁介質中的安培環路定理1、磁化強度與磁化電流的關系abcd取如圖所示的積分環路abcda:磁化強S2.磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量為零磁介質中的高斯定理S2.磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量為零3、磁介質中的安培環路定理定義磁場強度在穩恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環流）等于包圍在環路內各傳導電流電流的代數和，而與磁化電流無關。單位：安培/米(A/m)3、磁介質中的安培環路定理定義磁場強度在穩恒磁五、磁場強度、磁感應強度的關系介質的磁導率五、磁場強度、磁感應強度的關系介質的磁導率電介質中的高斯定理磁介質中的安培環路定理電介質中的磁介質中的稱為相對電容率或相對介電常量之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁導率稱為相對電容率之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁導率例1一環形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率為μr的順磁質。環的橫截面半徑遠小于環的半徑。單位長度上的導線匝數為n。

求：環內的磁場強度和磁感應強度解：例1一環形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率為μ例2一無限長載流圓柱體，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μ，柱外為真空。求：柱內外各區域的磁場強度和磁感應強度。解：IR例2一無限長載流圓柱體，通有電流I，設電流I均勻分在分界面上H

連續,B不連續IR在分界面上H連續,B不連續IR1、磁化曲線裝置：環形螺繞環;鐵磁質Fe,Co,Ni及稀釷族元素的化合物，能被強烈地磁化實驗測量B,如用感應電動勢測量或用小線圈在縫口處測量；由得出曲線鐵磁質的不一定是個常數，它是的函數六、鐵磁質原理:勵磁電流I;

用安培定理得H1、磁化曲線裝置：環形螺繞環;鐵磁質Fe,Co,Ni及實驗初始磁化曲線.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁2、磁滯回線初始磁.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁2、B的變化落后于H，從而具有剩磁，即磁滯效應。每個H對應不同的B與磁化的歷史有關。磁滯回線--不可逆過程在交變電流的勵磁下反復磁化使其溫度升高的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。鐵磁體于鐵電體類似；在交變場的作用下，它的形狀會隨之變化，稱為磁致伸縮（10-5數量級）它可用做換能器，在超聲及檢測技術中大有作為。B的變化落后于H，從而具有剩磁，即磁滯效應。每個H對應不同的3、磁疇根據現代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間存在很強的“交換耦合作用”，使得在無外磁場作用時，電子自旋磁矩能在小區域內自發地平行排列，形成自發磁化達到飽和狀態的微小區域。這些區域稱為“磁疇”多晶磁疇結構示意圖3、磁疇根據現代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間顯示磁疇結構的鐵粉圖形顯示磁疇結構的鐵粉圖形純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質的磁疇純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質的磁疇Si-Fe單晶(001)面的磁疇結構箭頭表示磁化方向Si-Fe單晶箭頭表示臨界溫度(鐵磁質的居里