112毕萨定理
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毕萨定律
Idl
c
Idl a
μ 0 Idl 水平向右 dB = 2 4π 2 R μ 0 Idl μ 0 Idl dB 总 = ⋅ 2= 2 2 4π 2 R 4 2πR
Y.L.Wang
叠加原理求磁场
例4、薄圆环内半径a,外半径b,可绕与环面垂 直的轴O以ω的角速度逆时针旋转。现给该圆环均匀 带电+Q,求环心o处的磁感应强度 解:将环分成无数同心小环, 任选其中一 个环,设其半径为 r, 环宽dr, 则环上带电量为:
Y.L.Wang
用矢量形式表示的毕奥—萨伐尔定律
I
ˆ μ Idl × r dB = 2 4π r
r
I
μ Idl × r = 3 4π r
α
dB Idl
r
dB 磁场叠加原理: 若磁场由数个运动电荷产生,各电荷单独存在时 产生的磁场分别为B1,B2,…,Bi,…,则:
B = ∑ i Bi
Y.L.Wang
dE
§8-3 毕奥-萨伐尔定律
+ dq
P
•
一、毕奥—萨伐尔定律
dq ˆ r dE = 2 4πε 0 r 1
方向 : l × r d ˆ μ 0 = 4π × 10 −7 ( NA−2 ) 真空中的磁导率
ˆ μ 0 Idl × r dB = 2 4π r μ 0 Idl sin θ 大小: dB = 2 4π r
说 明 1)它只适用于稳恒电流 2)Ii 与所取环路成右手螺旋时为正,反之为负 3)B 是全空间电流的贡献,但只有Ii对环流有贡献 4) ∫ B ⋅ d l ≠ 0 说明磁场为非保守场,称为涡旋场
Y.L.Wang
例、均匀通电直长圆柱体的磁
例5
Y.L.Wang
11.2 毕萨定理
B= 2R
0I
2R
I I
0 (NI )
(3) 一段圆弧在圆心处产生的磁场
B=
0I φ
2R 2π
=
0Iφ
4πR
φ
如图, 点的磁感应强度。 例 如图,求O 点的磁感应强度。 解
dB =
2
O R
B =0 1
30I B2 = = 4πR 2 8R B3 = =
4π r3
I
0 Idl × r
1 3
0I 3π
dq
1
ω
b a
3
dq = λdl = λbdθ
dB = 1
v
=
dθ
4
r
O
0 dqv ×r
4π r
3
0 dqv
4π r
2
=
0 dq ωb
4π
π
0
b2
=
0λω
4π
dθ
2
B1 = ∫
0λω
1 dθ = 0λω 4π 4 1 B2 = 0λω 4
线段2: 线段 : 同理
线段3 线段
dq = λdr
4π r 4πr
讨论
B=
0I
4πa
θ2
(cosθ1 cosθ2 )
I
(1) 无限长直导线
θ1 →0
θ2 →π
B
θ1
B=
0I
2πa
方向: 方向:右螺旋法则
(2) 任意形状直导线
B = B + B2 = 0 + 1
0I
4πa
2
P
I a
B
r
1
(3) 无限长载流平板
大学物理11.2 毕萨定理
推 广
(2) o (3)
I R
×
B0
0I
4R
I R
× o
B0
0I
8R
(4)
BA
0I
4πd
d
*A
B0
(5)
I
0I
4 R2
0I
4 R1
R1
R2
* o
0I
4 π R1
例 如图,求O 点的磁感应强度。 解
B1 0
2
3 2 3 0I 8R
B2
0I
4R
0I
2πa
I
B
I
X
B
B
电流与磁感强度成右手螺旋关系
2 圆形载流导线轴线上的磁场. 解 由对称性知 B dB 0
B Bx
d B s in
r
2
Id l
R
s in R
dB
r
2
R x
2
r
o
x
*p
dB
0 Id l
4π r
2
x
dBx
dB
ndl 匝
2
d I In d l
R
P
l
圆电流在
B
P
点的磁场
2
dB
3
0 R dI
2
dB
2
0 R In d l
r R csc
2r
3
0 R In d l
2
2r
B
3
2r
0
nI
l R cot
2.1,2毕萨定律
磁 场
电
流
磁
铁
3、磁场的本源
磁 场
运动电荷
安培分子电流假说:组成物质的最小单元(磁分子)相当 于一个环形电流.当环形电流定向排列时,显示出磁性.
磁场是由运动电荷产生
四、安培定律 ( Amp` re e
ˆ 0 I1I 2 dl2 (dl1 r12 ) dF12 2 4 r12
作用力的大 小:
电流元: I1dl1、I 2 dl2
law)
1 dl1
n dl 2
r12
2
dF12
0 I1I 2 dl2 dl1 sin 1 sin 2 dF12 2 4 r12 作用力的方 向: ˆ dF12在dl1和r12组成的平面内,并与 dl2垂直 ˆ 0 I1I 2 dl1 (dl2 r21 ) ① dF21 dF12 , 2 4 r21
N
S
分子电流观点: 磁分子相当于一个环形电流, 当分子电流定向排列时,显示磁性.
§2.2 毕奥-萨伐尔定律
一、毕奥-萨伐尔定律
毕奥-萨伐尔根据电流磁作用的实验 结果分析得出,电流元产生磁场的规 律称为毕奥-萨伐尔定律。
Idl
r
1、内容 电流元Idl在空间P点产生的磁场B为:
0 Idl r ˆ dB 2 4 r
3、磁感应线(lines of magnetic induction)
六、解释磁现象的两种观点
磁荷观点: 认为磁极上存在正、负磁荷,有净 余磁荷,就产生磁场. 点磁荷之间的作用力大小为:
q m1 q m 2 F 4 0 r 2
磁场强度大小为:
F qm H qm 0 4 0 r 2 H Um H dl 0
12-1 毕萨定律 磁场高斯 安培环路
l r0ctg
0 I B 4r0
r0 d dl 2 sin
r0 r sin
2
1
0 I (cos1 cos 2 ) sind 4r0
1
r0
+p
0 I 讨论: B 4r (cos 1 cos 2 ) 0
2
⑴ 无限长载流长直导线的磁场
en
m
m
en
I
S
注意:只有当圆形电流的面积S很小,或场点距圆 电流很远时,才能把圆电流叫做磁偶极子。
3、 载流直螺线管的磁场 如图所示,有一长为l , 半径为R的载流密绕直螺 线管,螺线管的总匝数为N,通有电流I. 设把螺线管 放在真空中,求管内轴线上一点处的磁感强度.
R
o * p
I
一、磁场线
磁场线的特征: 1)无头无尾的闭合曲线
2)与电流相互套合,服从右手螺旋定则 3)磁场线不相交
二 磁通量
磁场的高斯定理
1.磁场线的密度规定:
磁场中某点处垂直 B 矢量的单位面积上通过 的磁场线数目等于该点 B 的数值.
S B
N B S
n
2.磁通量() 通过磁场中某一曲面的磁场线数。 均匀磁场的磁通量:
1 n SE dS o qi — 有源场 电场线不闭合 i 1 B dS 0 — 无源场 磁感应线闭合
S
6.单位:B的单位—特斯拉(T)
的单位—韦伯(Wb) 1Wb 1T 1m
2
例1. 如图载流长直导线的电流为I ,试求通过矩 形面积的磁通量. 解:
q
r
v
B
例题:设半径为R的带电薄圆盘的电荷面密度为 , 并以角速率绕通过盘心垂直盘面的轴转动,求圆盘中 心处的磁感强度。 解: dq 2 rdr 0 dq v r0 r R dB 4 r2 o r R dr dr 0 R 0 B dB 0 2 2 2 方向:垂直于板面向外。 T
毕萨定律演示文稿
O l
x
θ
θ
1
⊗
P
µ0I = (cosθ1 −cosθ2) 4x π
I dl
r
讨论
µ0I B= (cosθ1 −cosθ2) 4x π
∞ ( x<<L) 0 θ2 π
θ2
1、无限长载流直导线 、
当 L θ1
比较无限长带电 直导线附近场强
λ E= 2πε 0 x
µ0I B= 2x π
l O
x
θ
I dl
y
设圆电流在yz平面内 设圆电流在 平面内
I z
R o
x.
P
x
y
Id l r 组成的平面
Idl r0 ˆ
I z R
o
r
dB
x
.
P
x
第一步: 解:第一步:在圆电流上任取一电流元 Idl 由毕-萨定律知其在场点P 由毕-萨定律知其在场点P产生的磁感强度
dB =
ˆ µ0 Idl × r 0 4πr
2
第二步: 第二步:分析各量关系 明确 dB的方向和大小
毕奥- §11-2 毕奥-萨伐尔定律及其应用
要解决的问题是: 要解决的问题是: 真空中电流与其激发的磁场之间的定量关系 真空中电流与其激发的磁场之间的定量关系 电流与其激发的磁场 方法: 方法:将电流分割成无穷多电流元 Idl 求出电流元产生的磁感强度 应用叠加原理 可得到任一电流所激发的磁场
一 毕奥 – 萨伐尔定律
(4)通电均匀密绕螺线管轴线上 注意: 注意:a、分析B的对称性,建立坐标系,变矢量积分为标量 分析B的对称性,建立坐标系, 积分进行计算; 统一积分变量,给出正确的积分上下限。 积分进行计算;b、统一积分变量,给出正确的积分上下限。 5、用已知典型电流的磁场迭加求出未知磁场的分布
毕萨定律
p
真空磁导率 0 4 10 7 N / A2
0 Idl sin 磁感的 dB 大小: 4 r2
磁感的方向: 线电流:
分量式(直角坐标系):
0 Idl r ˆ B dB r2 4
由I d l 转向 r 的右手螺旋方向。
B x d Bx , B y d B y , Bz d Bz
圆电流的 磁感线
通电螺线管的 磁感线
I
I
I
I
2、磁通量—穿过任意曲面的磁感线数(单位:韦伯)
S
B
B
B ds
(符号:Wb)
S
Байду номын сангаас n
B
B BS
B B S BS cos
S
ds
n
S
B
ds
n
B
B B ds B cos ds
α
Idl
B
dB
L
L
0 Idl r 4 r 3
(下一页)
• 运动电荷的磁场
导体中的电流是大量自由电子的定向运动。因 此,电流磁场的本质是这些运动电荷产生的磁 场的宏观表现。
dB的大小为
由毕 — 萨定律,电流元Idl 产生的磁感应强度
0 Idl sin Idl , r dB 2 4 r
3、磁场的高斯定理 穿过任意闭合曲面的磁通量如何?
B ds 0
比较
S
B
穿过任意闭合曲面的磁通量 等于零, 称为磁场的高斯定理
?
1 E ds qi s 0
2020年高中物理竞赛—磁学篇(进阶版)11-2 毕萨定律及应用(共21张PPT)
1 0 2
B 0I 2a
•半无限长载流直导线
I
1 2 2
B 0I 4a
讨 •直导线延长线上 论
1
B
a
P
B
0I 4a
(cos1
cos2 )
(下一页)
•无限长载流直导线
1 0 2
B 0I 2a
B
•半无限长载流直导线
I
讨
1 2 2
B 0I 4a
论 •直导线延长线上
a 0 1 2 0
1 r
a
dB
PX
写出分量式
B
dB
0 4
Idl sin
r2
(下一页)
统一积分变量
Y
l actg(π ) actg I 2
dl a csc2 d r a sin
dl
B
0 4
I sindl
r2
0 4
sin2
a2
I
sin
ad sin2
2
1
0 4a
I
sin d
0I 4a
(cos1
cos2 )
论
B 0IR2
2(R2 x2 )3 2
0 IR 2
2x3
I
B
O
X
R
I
定义: 平面载流线圈的磁矩
I
m Pm NISn S
则
B
0m 2x 3
n
大小:
B
2(
0 IR2
R2 x2
)3
2
方向: 右手螺旋法则
(下一页)
2.) 圆心处: x 0
B 0I
2R
B
0 IR2 2(R2 x2 )3
毕萨定律
电荷产生的磁场: 电荷产生的磁场:
r
r
P 点产生的磁场: 在P点产生的磁场: 点产生的磁场
dB 0 qv sin( ∠v.r) B= = 2 dN 4π r
S ++
+
dl + + +
v
I
r B = dB = 0
dN
r
P
在P点产生 点产生 的磁场: 的磁场:
考虑方向: 考虑方向:
0 qv × r B= 2 4π r
0 qv sin 90 B= 2 4π r7BFra bibliotek- v
4π
r
2
1.60×10 ×2.2×10 =10 =13(T) 10 2 (0.53×10 )
6
19
�
电流
磁感应强度的定义
某点磁感应强度数值上等于单 某点磁感应强度数值上等于单 位电荷以单位速率通过该点所 受的最大磁力. 受的最大磁力.
Fm
αB q
v
(F洛 )最大 F洛 B= ====== α等于90 qv sinα (α等于 0) qv
方向:沿小磁针 极方向 方向:沿小磁针N极方向
毕奥--沙伐尔 拉普拉斯定律 毕奥 沙伐尔--拉普拉斯定律 沙伐尔
四)运动电荷的磁场 考虑一段导体,载流子带正电q, 考虑一段导体,载流子带正电 ,以同一平均 运动. 速度 v 运动. + + + ++ + ++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++ v +++++++++++++++++++++++ + ++j+++++++ + +++++++++++++++++++++++++++++ +++ ++++++++ + ++ + +
r
r
P 点产生的磁场: 在P点产生的磁场: 点产生的磁场
dB 0 qv sin( ∠v.r) B= = 2 dN 4π r
S ++
+
dl + + +
v
I
r B = dB = 0
dN
r
P
在P点产生 点产生 的磁场: 的磁场:
考虑方向: 考虑方向:
0 qv × r B= 2 4π r
0 qv sin 90 B= 2 4π r7BFra bibliotek- v
4π
r
2
1.60×10 ×2.2×10 =10 =13(T) 10 2 (0.53×10 )
6
19
�
电流
磁感应强度的定义
某点磁感应强度数值上等于单 某点磁感应强度数值上等于单 位电荷以单位速率通过该点所 受的最大磁力. 受的最大磁力.
Fm
αB q
v
(F洛 )最大 F洛 B= ====== α等于90 qv sinα (α等于 0) qv
方向:沿小磁针 极方向 方向:沿小磁针N极方向
毕奥--沙伐尔 拉普拉斯定律 毕奥 沙伐尔--拉普拉斯定律 沙伐尔
四)运动电荷的磁场 考虑一段导体,载流子带正电q, 考虑一段导体,载流子带正电 ,以同一平均 运动. 速度 v 运动. + + + ++ + ++ +++++++++++++++++++++++++++++++++++ v +++++++++++++++++++++++ + ++j+++++++ + +++++++++++++++++++++++++++++ +++ ++++++++ + ++ + +
毕萨定律
S2 S1
L
?
原因:物理上,恒定电流一定闭合!
16
例3 无限长载流圆柱面的磁场 解 1)对称性分析 2)选取回路
I
rR
2π rB 0 I
0r R
B d l 0 I
l
L
R R
r
B
0 I
2π r
B
Bdl 0
l
I
B
17
B0
§5.4 利用安培环路定理求磁场的分布. n I 例】求密绕长直螺线管的磁场分布 1、对称性 Bin 平行于轴线 a M b Bin Bin 平行于轴线 c N
0 IR
2r
3
2
Idl
R
2
r
x
dB d B
0 IR
2
I
o
dB//
2( R x )
2 32
圆电流中心的磁场
无限长直电流的磁场
I 0 B
2R
0 I B 2 r
8
圆电流的磁场
I
【例】密绕长直螺线管轴线上的磁场
计算各匝圆电流在 p 点磁场的矢量积分 n, I 内部轴线上的磁场 p
1
运动点电荷磁场公式 毕—萨定律: P r r ˆ S Idl dB
v n,q dl dl dl v v
点电荷q在p点的磁场(v<<c): q ˆ B0 0 2 v r 4 r 电流元磁场 dB (n Sdl ) B0 (dN)B0
l r0 cot , dl r0d / sin 2
1
Bp
0 I B dB sin d 4 r
L
?
原因:物理上,恒定电流一定闭合!
16
例3 无限长载流圆柱面的磁场 解 1)对称性分析 2)选取回路
I
rR
2π rB 0 I
0r R
B d l 0 I
l
L
R R
r
B
0 I
2π r
B
Bdl 0
l
I
B
17
B0
§5.4 利用安培环路定理求磁场的分布. n I 例】求密绕长直螺线管的磁场分布 1、对称性 Bin 平行于轴线 a M b Bin Bin 平行于轴线 c N
0 IR
2r
3
2
Idl
R
2
r
x
dB d B
0 IR
2
I
o
dB//
2( R x )
2 32
圆电流中心的磁场
无限长直电流的磁场
I 0 B
2R
0 I B 2 r
8
圆电流的磁场
I
【例】密绕长直螺线管轴线上的磁场
计算各匝圆电流在 p 点磁场的矢量积分 n, I 内部轴线上的磁场 p
1
运动点电荷磁场公式 毕—萨定律: P r r ˆ S Idl dB
v n,q dl dl dl v v
点电荷q在p点的磁场(v<<c): q ˆ B0 0 2 v r 4 r 电流元磁场 dB (n Sdl ) B0 (dN)B0
l r0 cot , dl r0d / sin 2
1
Bp
0 I B dB sin d 4 r
毕萨定律
毕萨定律,也称为毕奥-萨伐尔定律,是描述电流元在空间产生磁场的基本定律。该定律表明,电流元在空间某点产生的磁感应强度与电流元的大小、电流元与该点的距离以及电流元与该点连线之间的夹角有关。具体公式表达为磁感应强度B与电流元Idl、距离r以及夹角θ的正弦值成正比,与r的平方成反比。毕萨定律是电磁学中的基本定律之一,它揭示了电流产生磁场的规律,为理解和研究电磁现象提供了重要基础。同时,毕萨定律也是安培环路定理和磁场高斯定理等电磁学重要定律的基础,这些定律共同构成了电磁学的理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体系。通过学习和应用毕萨定律,我们可以更深入地理解磁场的本质和特性,以及磁场与电流之间的相互作用规律。
111-113磁场力和磁感应强度磁高斯定理毕萨定律.
1820年 奥斯特
I
SN
磁铁与载流导线有作用;两载流导线间有作用;
F F I 电子束
S
+
N
绚丽多彩的极光
在地磁两极附近,由于磁感线与地面垂直,外层空 间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内,它们 和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。
3.磁力线: 曲线上某点的切线方向为该点的磁场 的方向,曲线的疏密表示磁场的强弱。
d
l a ctan( ) a ctan r a sin
B 0 I sindl
4 r2
Y
I 2
0 4
I sin
sin2
a2
ad sin2
dl
2 0 I sin d
1 4 a
0I 4a
(cos1
cos2 )
B
0I 4a
(cos1
cos2 )
l
O
**
r
1
r0
2 a
1
P49
或:
B
0I 4a
B
dB l
0 Idl r0 4 r 2
二、应用毕萨定律解题的方法及应用
1.分割电流元;
2.建立坐标系;
3.确定电流元的磁场
dB
0 4
Idl r0 r2
,
dB
0 4
Idl sin
r2
4.求 B 的分量 Bx 、By ;
Bx dBx
By dBy
5.由
B
B
2 x
B
2 y
求总场。
* * 注意:应指出B的方向。
4.在低能状态下磁极是成对出现的。
N
S
N
S
毕氏定理
• 在二十世紀初,有許多科學家相信火星上住著高智慧的生 物,因為天文學家們發現火星上有運河的樣子,而火星跟 地球距離相近,氣候應該適合生物居住,可是我們要如何 跟它們溝通呢?他們會不會說話呢?即使會說話語言也不 相通呀!有人想到既然地球上不同地區不同時間都先後發 現了畢氏定理,那麼如果火星上住著高智慧的生物,他們 應該也會知道這個定理才是,應此我們可以在西伯利亞種 上大樹,排成畢氏定理的圖形,或是在大沙漠中挖出一個 畢氏定理的運河,然後在運河上灑汽油,晚上點起火來, 火星人就能看見我們了,或許還會乘坐飛碟來看我們呢。 但是因為工程太大,所以從來沒有實現。 從畢達哥拉斯時代到現在,畢氏定理已經被提出了許多證 明,它已經四百多種不同的證明,甚至於曾經有一位美國 總統在他擔任議員的時候也給出一個證明。
•
《周髀算經》和《九章算術》都成書於西漢中期(約西元前100年左右)可以肯定這個 定理是這兩本書寫成以前,由我國單獨發現,並已流傳開來,這個定理在西方被稱?"畢 達哥拉斯定理",畢氏的證明也沒有流傳下來,後來在西元前三世紀時由歐幾裏得編人 《幾何原本》並作了證明,該書直到明朝的除光(1562-1633)翻譯成中文後,才傳入 我國。 我國早證明這個定理的是三國時吳人趙爽(群卿),在《周髀算經》第一章的注文中, 附錄了他撰寫的《勾股圓方圖注》,用了短短五百餘字和六張附圖,簡練地總結了後 漢時期勾股算術的輝煌成就,不但對畢氏定理和其他關於勾、股、弦三邊的恒等式, 作出了較嚴格的證明,並且對二次方程的解法,也提供了新的見解。 趙爽的證明用了一個弦圖,該弦圖是以弦邊長的正方形,由四個全等的勾股形(圖中 四個直角三角形)組成,把這四個勾股形染成紅色,中間小正方形染成黃色。設這裏 的勾股形的勾、股、弦分別是a,b,c,則一個紅色在角形的面積是1/2ab,四個紅色 三角形的面積2ab,中間黃色的正方形面積是(b-a)2,便有c2=2ab+(b-a)2=2ab+b22ab+a2=a2+b2。 一般書上所用的弦圖以a+b一邊的正方形,它的面積比兩個以c邊長的正方形面積少一個 中間小正方形的面積,即(a+c)2=2c2-(b-c)2,經過代數變換,很容易得出 a2+b2=c2,這個弦圖後來流傳到印度,被大數學家拜斯卡拉(Bhas-kara,12世紀時 人)寫在書中,用於證明畢氏定理。 趙爽利用圖形的面積證明瞭畢氏定理,此後,劉徽、梅文鼎、李銳、項名達、華蘅芳 等人另創證法多種(據說共200餘種),這些證法的實質,都是把勾、股上的兩個正方 形進行某種分割,再拼成一個弦上的正方形。
2.1毕萨定律求磁场
dF12
dF 12 sin 2
I1dl1 I 2 dl2 sin 1 sin 2 dF 12 2 r12
10
I1dl1I 2 dl2 sin 1 sin 2 dF 12 k 2 r12 I 2 dl2 ( I1dl1 r12 ) 考虑到方向 dF12 k 2 r12
2
主要内容
磁场的概念 B的定义 毕萨定律 用毕萨定律求磁场 安培环路定理 用安培环路定理求磁场 磁场的高斯定理 磁场力 安培力 洛仑兹力 电流的磁场 运动带电粒子的磁场
3
§1
磁的基本现象和基本规律
电流的磁效应 奥斯特实验 Oersted Christian experiment
24
令
u R x 3Rx cos
2 2
[4 x R (u R x ) ] dB . du u
2 2 2 2 2 3/ 2
B dB dB
0
R x 2
R x 2
2 B R 3
0 e
25
R
xR
P O x
r
θ y
ω
x
B dB dB
E
7
安培定律及B的定义
电流元的概念 电流元之间的磁相互作 用规律
I1 I2
Idl
dl
B
I
8
I1dl1I 2 dl2 dF 12 2 r12
I1 I2
dl2
dF12
r12
dF 12 sin 1
dl1
9
1
dl1
1
r12
n 2 dl2
dF 12 sin 2
I1dl1 I 2 dl2 sin 1 sin 2 dF 12 2 r12
10
I1dl1I 2 dl2 sin 1 sin 2 dF 12 k 2 r12 I 2 dl2 ( I1dl1 r12 ) 考虑到方向 dF12 k 2 r12
2
主要内容
磁场的概念 B的定义 毕萨定律 用毕萨定律求磁场 安培环路定理 用安培环路定理求磁场 磁场的高斯定理 磁场力 安培力 洛仑兹力 电流的磁场 运动带电粒子的磁场
3
§1
磁的基本现象和基本规律
电流的磁效应 奥斯特实验 Oersted Christian experiment
24
令
u R x 3Rx cos
2 2
[4 x R (u R x ) ] dB . du u
2 2 2 2 2 3/ 2
B dB dB
0
R x 2
R x 2
2 B R 3
0 e
25
R
xR
P O x
r
θ y
ω
x
B dB dB
E
7
安培定律及B的定义
电流元的概念 电流元之间的磁相互作 用规律
I1 I2
Idl
dl
B
I
8
I1dl1I 2 dl2 dF 12 2 r12
I1 I2
dl2
dF12
r12
dF 12 sin 1
dl1
9
1
dl1
1
r12
n 2 dl2
[其它]毕萨定律
本章内容
(一)
稳恒电流
毕奥-萨伐尔定律
磁场的高斯定理
磁场对运动电荷的作用
磁场的安培环路定理
磁场对电流和线圈的作用
磁性与磁场
引言
第一节电流密度
例题
1820年7月丹麦物理学家奥斯特发现磁针的一跳,到对磁现象的系统认识只用半年时间 ,说明科学家的锲而不舍的精神。
磁场
B
B
磁感应强度
1 特斯拉 ( T ) = 104 高斯 ( G )
1T = 1N A-1 m-1
v
B,
F
v
B
例2
载流线圈的磁矩
那么,上例中转动的带电圆盘的磁矩 Pm 会求吗?
By the way:
ห้องสมุดไป่ตู้
续8
例8
本次课小结
作业
认真独立完成作业!
作业: P15 —— P16
a
O
I
90˚
12 – 3 如图所示, 一根无限长的直导线, 通有电流I ,中部一段弯成半径为a的圆弧形,求图中O点的磁感 应强度。
设左边直导线、圆弧、右边直导线在O点处产生的磁感应强度分别为B1、B2、B3,则:
由于B1、B2、B3方向相同,所以:
(方向垂直纸面向里)
(一)
稳恒电流
毕奥-萨伐尔定律
磁场的高斯定理
磁场对运动电荷的作用
磁场的安培环路定理
磁场对电流和线圈的作用
磁性与磁场
引言
第一节电流密度
例题
1820年7月丹麦物理学家奥斯特发现磁针的一跳,到对磁现象的系统认识只用半年时间 ,说明科学家的锲而不舍的精神。
磁场
B
B
磁感应强度
1 特斯拉 ( T ) = 104 高斯 ( G )
1T = 1N A-1 m-1
v
B,
F
v
B
例2
载流线圈的磁矩
那么,上例中转动的带电圆盘的磁矩 Pm 会求吗?
By the way:
ห้องสมุดไป่ตู้
续8
例8
本次课小结
作业
认真独立完成作业!
作业: P15 —— P16
a
O
I
90˚
12 – 3 如图所示, 一根无限长的直导线, 通有电流I ,中部一段弯成半径为a的圆弧形,求图中O点的磁感 应强度。
设左边直导线、圆弧、右边直导线在O点处产生的磁感应强度分别为B1、B2、B3,则:
由于B1、B2、B3方向相同,所以:
(方向垂直纸面向里)
2,毕沙定理
S
0
q
i
i
静电场中高斯定理反映静电场是有源场;
m B dS 0
S
稳恒磁场的高斯定理反映稳恒磁场是无源场。
例题: 在一无限长载流直导线旁有一矩形回路, 求通过该回路的磁通量.
d
I
a
l
2 2
2 R (1 cot )
3 2
3
2
0 R2 nIR csc2 d μ μ0 nId 3 3 2 R csc 2 csc
μ0 nI sin d 2
积分得:
μ0 nI B 2
2
sin d
1
1 μ0 nI (cos 2 cos 1 ) 2
B
μ0 I
2R
即得
例题5 : 如下列各图示,求圆心 o 点的磁感应强度。
解: I
B
O
R
2 3
O
R
I
μ0 I
4R
I
0 I 3 B (1 ) 6R R 2
0 I
R
O
I
O
R
I B 0 4 R 2 R
0 I
B
μ0 I
8R
例题6 : 有限长载流螺线管轴线上任一 点p处的磁场
S
④S 为任意闭合曲面 m BdS cos θ B dS
S
S
规定:dS正方向为曲面上由内向外的法线方向。 则
磁感应线穿入, m 为负;穿出, m 为正。
3.磁场中的高斯定理 由于磁感应线为封闭曲线.因此,通过任意封闭 曲面的磁感应强度通量恒为零.
m B dS 0
0
q
i
i
静电场中高斯定理反映静电场是有源场;
m B dS 0
S
稳恒磁场的高斯定理反映稳恒磁场是无源场。
例题: 在一无限长载流直导线旁有一矩形回路, 求通过该回路的磁通量.
d
I
a
l
2 2
2 R (1 cot )
3 2
3
2
0 R2 nIR csc2 d μ μ0 nId 3 3 2 R csc 2 csc
μ0 nI sin d 2
积分得:
μ0 nI B 2
2
sin d
1
1 μ0 nI (cos 2 cos 1 ) 2
B
μ0 I
2R
即得
例题5 : 如下列各图示,求圆心 o 点的磁感应强度。
解: I
B
O
R
2 3
O
R
I
μ0 I
4R
I
0 I 3 B (1 ) 6R R 2
0 I
R
O
I
O
R
I B 0 4 R 2 R
0 I
B
μ0 I
8R
例题6 : 有限长载流螺线管轴线上任一 点p处的磁场
S
④S 为任意闭合曲面 m BdS cos θ B dS
S
S
规定:dS正方向为曲面上由内向外的法线方向。 则
磁感应线穿入, m 为负;穿出, m 为正。
3.磁场中的高斯定理 由于磁感应线为封闭曲线.因此,通过任意封闭 曲面的磁感应强度通量恒为零.
m B dS 0
2.毕奥-萨法尔定律
理论分析: 理论分析:B.S.L 定律的建立
dl cos α = − dr dr ⇒ = − cos α dl
点附近电流元Idl对 求A点附近电流元 对P 点附近电流元 点磁极的作用力dH 点磁极的作用力
dH ∂H dα ∂H dr dH = ⋅ dl = ( + )dl (a) dl ∂α dl ∂r dl
叠加
B = ∫ dB = ∫
A1 A2 A2 A1
µ 0 Idl sin θ 4π r2
a dl = dθ 2 sin θ
a r= sin θ
计算 p112
B=∫
θ2 θ1
θ2 µ 0 I sin θdθ µ 0 I = ( − cosθ ) θ1 4π a 4πa
µ0 I B= 2πa µ0 I B= 4πa
µ0 d F2 = 4π
ˆ I1 I 2 d l2 × (d l1 × r12 ) ∫ r 212 L1
与试探电流元无关, 与试探电流元无关,从中 扣除试探电流元
∧
∧ ˆ µ0 I1 (d l1 × r12 ) d F2 = I 2 d l2 × ∫ 4π L1 r 212
电流元对磁极的作用力的表达式
由实验证实电流元对磁极的作用力是横向力 整个电流对磁极的作用是这些电流元对磁极横向力 的叠加 由对称性,上述折线实验结果中, 由对称性,上述折线实验结果中,折线的一支对磁 极的作用力的贡献是H 极的作用力的贡献是 折的一半
I α H = k tan r 2
1 k = k折 2
示零单位磁极受到的作用磁极所受作用力的方向垂直于折线与磁极构成的平面最大maxmax4143022tan414整个电流对磁极的作用是这些电流元对磁极横向力的叠加由对称性上述折线实验结果中折线的一支对磁极的作用力的贡献是h求a点附近电流元idl对p点磁极的作用力dhdldldrdldldhdhrddlsinsincoscosdldrdrdldh表达式与现代的电流元磁感应强度的表达式是一致的产生的磁场电流元如何引入
相关主题
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B 0I 2a
B
2)直导线延长线上 B ?
dB
0 4
Idl sin
r2
I
0 dB 0 B 0
3) 半无限长载流直导线的磁场:
由B
0 I 4a
cos 1
cos2
I
1 , 2
B 0I (cos 1) 4a
1 2
B 0I 4a
P
a
2. 圆型电流轴线上的磁场
Y 已知:R、I,求轴线上P
B
0 4
I
sindl
r2
Y
I 2
0 4
sin2
a2
I
sin
ad sin2
dl
2
2
1
0 4a
I
sin
0I 4a
(cos1
d
cos
2
l
)
r
1
1
r0
B
0I 4a
|
cos1
cos 2
|
O
a
或:B
0I 4a
|
sin
2
sin
1
|
dB
P
X
B
0I 4a
(cos1
cos2 )
1)无限长载流直导线 1 0 2
1. 载流直导线的磁场
Y
已知:真空中I,1,2.Bp?
解:建立坐标系
OXY
a
I
任取电流元 Idl
dl
2
大小
dB 0 4
Idl sin
r2
方向 lˆ rˆ0
l
B
dB
0 4
Idl sin
r2
统一积分变量
O
r
1
r0
2
a
1
dB
P
X
l actg( ) actg
dl a csc2 d r a / sin( ) a sin
点的磁感应强度。
I
Idl
r0
建立坐标系OXY
OR
任取电流元 Idl
dB dB
p•
dBx
X
大小
dB
0 4
Idl r2
方向 lˆ rˆ0
分析对称性、写出分量式
B
dB 0
Bx
dB x
0 4
Idl sin
r2
统一积分变量
Y
sin R r
Bx
dB x
0 4
Idl sin
r2
I Idl
r0
OR
0 IR 4r 3
dl
0 IR 4r 3
2R
x
2(
0 IR2
R2 x2
)3
2
dB dB
p•
dBx
X
结论
大小:
B
2(
0 IR2
R2 x2
)3
2
方向: 右手螺旋法则
B
0 IR2
2(R2 x2 )3
2
1) x R B ?
B
0 IR2
2x3
2) x 0 B ?
载流圆环
B 0I
R
q
B 0I 0q 2R 4R
是半径为R圆周情况的2倍
q B
R
作业: 11.1,11.2,11.3
电流 电荷定向运动
电dB流元I0dlIdl
4 r
2
r0
其中
I
q v
S
dl
I qnvS
载流子 总数
dN nSdl 电荷
密度
速率
截面积
B dB
dN
dB
0
0
4 qv
qv
r
sin( v , r0 ) r2
运动电荷产生的
4 r3
磁场(与v垂直)
B
0 4
qv r
r3
若q 0, B与v r同向
§ 11-2毕奥 ---沙伐尔定律
I
电流元 Idl
dB
0 4
Idl sin
r2
.
Idl
dB
XP
r
0 4 107TmA1 : 真空磁导率
dB
0
4
Idl r2
(lˆ
rˆ)
比奥-萨伐尔定律
1)B与I成正比; 2)B与L成正比; 3)B呈-2次衰减;
5)B与环 境有关; 6) B L ,不是径向(r ) ;
已知:q、R、 圆盘绕轴线匀速旋转。
求圆心处的
B
dr
解:如图取半径为r,宽
为dr的环带。
元电流:
r•
R
dI dq dq dq
q
T 2 2
dq ds 2rdr
其中
q
R2
dI rdr
dB 0dI 0 rdr
2r 2r
B
dB
0dI
2r
0R
0
2r
rdr
dr
0R 0q
2
2R
r
B
而是切向
4)球面对点张的立体角磁场与电场的区别:与 为4π,在P点为1/ 4π ; v的关系,径向和切向
对一段载流导线
B
dB
0
4 L
Idl
r3
r
(矢量积分)
直接积分计算B比较困难!
下面通过B的计算,掌握微积分直接计算B的 方法;进而总结几种典型情况,(以后的相关 计算主要考查这些模型的叠加情况)
B
2 ( 0 nI sin )d
1
2
0
2
nI (cos
2
cos
1)
讨论:
B
0
2
nI
|
cos
2
cos
1
|
1) 若 R L 即无限长的螺线管,1 , 2 0
则有 B 0nI
2) 对长直螺线管的端点(上图中A1、A2点)
1
2
,
2
0
则有A1、A2点磁感应强度
B
1 2
0nI
B
O
L
4、运动电荷的磁场
2R
载流圆弧
圆心角 2 圆心角
B 0 I • 0 I 2R 2 4R
B
I
B
I
B与x关系的单调性(与电场相同?)
练
如图,求圆心O点的
B
习
I
O
•
R
B 0I
4R
I
R
O•
B 0I •
8R
RБайду номын сангаас
•O I
B 0I 0I 4R 2R
•
2 3 I
•R
O
B 0I 0I (1 3 )
6R R
2
μ 3.载流直螺线管内 部的磁场
S
l
. . . . . . . . . . . . . . . . l R cot
A1
p
A2
B
I
B
dB
0 R2Indl
2
(
R2
l
2
3
)2
dl R csc2 d
R2 l2 r2
sin 2
R2 r2
R2 l2 R2 R2 csc2 sin2
若q 0, B与v r反向
•B r
B
r
q v
q
v
例4、均匀带电圆环
已知:q、R、 圆环绕轴线匀速旋转。
求圆心处的 B
q B
解:带电体转动,形成运流电流。 R
I q q q T 2 2
B 0I 0q 2R 4R
重点是弄清电流与运动电荷的关系,然后套公式
例5、 均匀带电圆盘