恒定电流与真空中的恒定磁场
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1、 r < R ;作一与磁力线同心 的回路如图所示,则有:
而:
2、r >R ;同理作如图的所示回路,则: 则有:
B=
例:无限大的金属板,电流方向如图所示,单位长度的电流
为I ,求离板为L 处的磁感强度。
解:由对称性可知:磁力
B
线平行于板面,如图所示。
取如图所示的回路,则:
例:导体横截面如图所示,半径均为R,两圆心距离OO‘ 为1.6R,沿轴向通以反向电流 ,电流密度为j ,求在其所围 的缺口中任一点的磁感强度。
写成矢量式:
内容小结 一、磁感强度的定义
二、毕—沙定律 1、
方向:小磁针 北极所指的方 向.
导线延长线上 :B = 0
2、 3、
作业:15- 1;15-2;15-3;15-4;15-7.
§11-8 磁力线 磁通量 磁场的高斯定理 一.磁力线 1. 典型电流的磁力线
2. 磁力线的性质 A、无头无尾 闭合曲线 B、与电流套连 C、与电流成右手螺旋关系
2、
二.安培环路定理 在恒定磁场中,磁感强度 沿任一闭合环路的线积分,等于穿 过该环路的所有电流的代数和的 倍。
空间所有电流共同产生的; 在场中任取的一闭合线,任意规定一个绕行方向;
L上的任一线元; 与 L相套连的电流 ,如图示的
代数和,与L绕行方向成右手系电流取正;否则取 负。如图示的电流 取正; 取负。
例3:求载流直螺线管内部的磁场, 已知单位长度上有n 匝,电流为i 。 解:取如图所示的微元,则:
y
dI
x
a1 a a2
dB
x
讨论:1、对无限长螺线管中:
2、对无限长螺线管端点:
例4:无限大的金属板,电流方 向如图所示,单位长度的电流 为i ,求离板为L 处的磁感强度。
从对称性可知:BY= 0
1、无限长载流直导线 :
2、无限长均匀通电
B=
圆柱体 :
3、无限长均匀通电圆柱体 面:
练习题:
16-1;16 -2;16-3;
16-5 ;16- 7.
4、密绕通电螺绕环
5、无限大均匀载流平面
§11-10 磁力及其应用 一.带电粒子在磁场中受力 1.洛仑兹力
方向用左手定则 综合考虑 :
注意 :电荷为负计算时, 代入符号,即方向与上方 向相反。
问题: 1、L 上任一点B和哪些电流有关? 2、哪些电流对B 沿L 的积分有贡献? 3、
图中所有电流对L 上任一点的B 都有贡献; I4 I5 对B 沿L 的积分无贡献;
如图:
二. 安培环路定理的应用 对于一些对称分布的电流,可以通过取合适的环路L,
利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施,类似 于电场强度的高斯定理的解题。)
1、均匀磁场且直导线 综合考虑:
方向如图
2、对 任意电流元受力
整个电流受力
安培力公式
例: 如图在磁感应强度为B的均匀磁场中,放置一半径为R的半圆 形导线,电流强度为I,试求此段圆弧电流受的安培力。
到P点的矢量间的夹角。
讨论: 1、 l >> a,导线视为无限长
3、在直导线的延长线上
2、对半无限长载流直导线 β
例2:求园形载流导线在轴线上产生的磁感强度,已知R 、I 。 解:取如图所示的微元,则:
Idl
r dB x dB
a
dBx
讨论:1、圆心处,即X=0 有N 匝时:
2、圆心角为a 的一段圆弧在圆心处的磁场
二、毕奥-萨伐尔拉定律的应用
例1:如图一段长为L的直导线,通过的电流是I,求距导线为a 的
P点的磁感强度。
解:Fra Baidu bibliotek建立相应的坐标. 取如图所示的电流元, 方向 如图
从图中可见:
Z 2
Idz L z β r
I
a
1
x
dB
P
y
同理:
β
在此坐标系下写成矢量式
注意: θ 1θ2 分别是导线的起点 和终点处的电流元与该处
2.应用之一
霍耳效应
1879年美国物理学家霍耳发现
1879年美国物理学家霍耳发 现: 对应图中沿Z方向有电势差
令霍耳系数
则霍耳电势差: 可以用带电粒子在磁场中受力解释,精确的解释只能用电子 的量子理论。 霍耳效应的应用: 判定导电机制 ; 测量未知磁感强度。
核聚变约束处于 超高温下的高速粒子
二. 载流导线在磁场中受力
解:由导体截面可知,缺口中的 磁感强度相当于两通以反向电流 的圆柱体 在该点产生磁感强度的 矢量和。建立如图所示的坐标系 做如图所示的回路,则有:
由安培环路定理可解一些典型的场
无限长载流直导线
密绕螺绕环
无限大均匀载流平面
无限长均匀载流圆柱面
电流密度
A、(体)电流的(面)密度 如图: 电流强度为I的电流均匀通过截面S。
则面电流密度为: B、(面)电流的(线)密度 如图:电流强度为I的电流均匀通过 截线 。
则线电流密度为: 作回路的要点:依磁场的对称性,选择回路的形状,使回路 上的B为常数,且和回路方向夹角特殊;如B是变量,则要 求B一定和回路垂直。
内容小结
一、安培环路定理 :
作回路的要点:依磁场的对称性,选择回路的形状,使回路 上的B为常数,且和回路方向夹角特殊;如B是变量,则要 求B一定和回路垂直。 二、典型电流的磁场:
例: 求密绕长直螺线管内部的磁感强度,总匝数为 N , 总长为 通过稳恒电流
分析对称性 知内部场沿轴向 方向与电流成右手螺旋关系。 由磁通连续原理可得: >>
取过场点的每个边都相当小的 矩形环路abcda
由安培环路定理: 因为:
例:试求无限长均匀载流圆柱体 磁场的分布。
解:由对称性可知:磁力线是以 圆柱轴线为圆心的一组同心圆。
二. 磁通量 定义:垂直穿过某面积的磁力线的条数。单位:韦伯(Wb) 1、均匀磁场且平面法矢 量与磁场平行
2、均匀磁场且平面法矢 量与磁场夹角为a
写成矢量式:
3、非均匀磁场,任意曲面
三. 磁通连续原理(磁场的高斯定理) 容易证明:穿过任一闭合曲面的磁通量为:
微分形式 此式说明磁场是无源场。
§11-9 安培环路定理及应用 一、安培环路定理 考察线积分: 1、
问题:Y 轴 负方向B 的 方向如何?
例5:均匀带电的半圆球面,电荷面密度是σ,若此球面在 桌面上绕OO’ 轴以角速度ω旋转,求其球心处的磁感强度。
解: 取微元,则所带的电量为:
例6:如图所示,半球面上均匀绕有N匝导线,导线通入电 流是I,试求圆心O处的磁感强度。
解:取微元,由圆环的磁 感强度公式,则有:
而:
2、r >R ;同理作如图的所示回路,则: 则有:
B=
例:无限大的金属板,电流方向如图所示,单位长度的电流
为I ,求离板为L 处的磁感强度。
解:由对称性可知:磁力
B
线平行于板面,如图所示。
取如图所示的回路,则:
例:导体横截面如图所示,半径均为R,两圆心距离OO‘ 为1.6R,沿轴向通以反向电流 ,电流密度为j ,求在其所围 的缺口中任一点的磁感强度。
写成矢量式:
内容小结 一、磁感强度的定义
二、毕—沙定律 1、
方向:小磁针 北极所指的方 向.
导线延长线上 :B = 0
2、 3、
作业:15- 1;15-2;15-3;15-4;15-7.
§11-8 磁力线 磁通量 磁场的高斯定理 一.磁力线 1. 典型电流的磁力线
2. 磁力线的性质 A、无头无尾 闭合曲线 B、与电流套连 C、与电流成右手螺旋关系
2、
二.安培环路定理 在恒定磁场中,磁感强度 沿任一闭合环路的线积分,等于穿 过该环路的所有电流的代数和的 倍。
空间所有电流共同产生的; 在场中任取的一闭合线,任意规定一个绕行方向;
L上的任一线元; 与 L相套连的电流 ,如图示的
代数和,与L绕行方向成右手系电流取正;否则取 负。如图示的电流 取正; 取负。
例3:求载流直螺线管内部的磁场, 已知单位长度上有n 匝,电流为i 。 解:取如图所示的微元,则:
y
dI
x
a1 a a2
dB
x
讨论:1、对无限长螺线管中:
2、对无限长螺线管端点:
例4:无限大的金属板,电流方 向如图所示,单位长度的电流 为i ,求离板为L 处的磁感强度。
从对称性可知:BY= 0
1、无限长载流直导线 :
2、无限长均匀通电
B=
圆柱体 :
3、无限长均匀通电圆柱体 面:
练习题:
16-1;16 -2;16-3;
16-5 ;16- 7.
4、密绕通电螺绕环
5、无限大均匀载流平面
§11-10 磁力及其应用 一.带电粒子在磁场中受力 1.洛仑兹力
方向用左手定则 综合考虑 :
注意 :电荷为负计算时, 代入符号,即方向与上方 向相反。
问题: 1、L 上任一点B和哪些电流有关? 2、哪些电流对B 沿L 的积分有贡献? 3、
图中所有电流对L 上任一点的B 都有贡献; I4 I5 对B 沿L 的积分无贡献;
如图:
二. 安培环路定理的应用 对于一些对称分布的电流,可以通过取合适的环路L,
利用磁场的环路定理比较方便地求解场量。(具体实施,类似 于电场强度的高斯定理的解题。)
1、均匀磁场且直导线 综合考虑:
方向如图
2、对 任意电流元受力
整个电流受力
安培力公式
例: 如图在磁感应强度为B的均匀磁场中,放置一半径为R的半圆 形导线,电流强度为I,试求此段圆弧电流受的安培力。
到P点的矢量间的夹角。
讨论: 1、 l >> a,导线视为无限长
3、在直导线的延长线上
2、对半无限长载流直导线 β
例2:求园形载流导线在轴线上产生的磁感强度,已知R 、I 。 解:取如图所示的微元,则:
Idl
r dB x dB
a
dBx
讨论:1、圆心处,即X=0 有N 匝时:
2、圆心角为a 的一段圆弧在圆心处的磁场
二、毕奥-萨伐尔拉定律的应用
例1:如图一段长为L的直导线,通过的电流是I,求距导线为a 的
P点的磁感强度。
解:Fra Baidu bibliotek建立相应的坐标. 取如图所示的电流元, 方向 如图
从图中可见:
Z 2
Idz L z β r
I
a
1
x
dB
P
y
同理:
β
在此坐标系下写成矢量式
注意: θ 1θ2 分别是导线的起点 和终点处的电流元与该处
2.应用之一
霍耳效应
1879年美国物理学家霍耳发现
1879年美国物理学家霍耳发 现: 对应图中沿Z方向有电势差
令霍耳系数
则霍耳电势差: 可以用带电粒子在磁场中受力解释,精确的解释只能用电子 的量子理论。 霍耳效应的应用: 判定导电机制 ; 测量未知磁感强度。
核聚变约束处于 超高温下的高速粒子
二. 载流导线在磁场中受力
解:由导体截面可知,缺口中的 磁感强度相当于两通以反向电流 的圆柱体 在该点产生磁感强度的 矢量和。建立如图所示的坐标系 做如图所示的回路,则有:
由安培环路定理可解一些典型的场
无限长载流直导线
密绕螺绕环
无限大均匀载流平面
无限长均匀载流圆柱面
电流密度
A、(体)电流的(面)密度 如图: 电流强度为I的电流均匀通过截面S。
则面电流密度为: B、(面)电流的(线)密度 如图:电流强度为I的电流均匀通过 截线 。
则线电流密度为: 作回路的要点:依磁场的对称性,选择回路的形状,使回路 上的B为常数,且和回路方向夹角特殊;如B是变量,则要 求B一定和回路垂直。
内容小结
一、安培环路定理 :
作回路的要点:依磁场的对称性,选择回路的形状,使回路 上的B为常数,且和回路方向夹角特殊;如B是变量,则要 求B一定和回路垂直。 二、典型电流的磁场:
例: 求密绕长直螺线管内部的磁感强度,总匝数为 N , 总长为 通过稳恒电流
分析对称性 知内部场沿轴向 方向与电流成右手螺旋关系。 由磁通连续原理可得: >>
取过场点的每个边都相当小的 矩形环路abcda
由安培环路定理: 因为:
例:试求无限长均匀载流圆柱体 磁场的分布。
解:由对称性可知:磁力线是以 圆柱轴线为圆心的一组同心圆。
二. 磁通量 定义:垂直穿过某面积的磁力线的条数。单位:韦伯(Wb) 1、均匀磁场且平面法矢 量与磁场平行
2、均匀磁场且平面法矢 量与磁场夹角为a
写成矢量式:
3、非均匀磁场,任意曲面
三. 磁通连续原理(磁场的高斯定理) 容易证明:穿过任一闭合曲面的磁通量为:
微分形式 此式说明磁场是无源场。
§11-9 安培环路定理及应用 一、安培环路定理 考察线积分: 1、
问题:Y 轴 负方向B 的 方向如何?
例5:均匀带电的半圆球面,电荷面密度是σ,若此球面在 桌面上绕OO’ 轴以角速度ω旋转,求其球心处的磁感强度。
解: 取微元,则所带的电量为:
例6:如图所示,半球面上均匀绕有N匝导线,导线通入电 流是I,试求圆心O处的磁感强度。
解:取微元,由圆环的磁 感强度公式,则有: