清华大学物理学课件--电流的产生及其磁效应

磁性起源假说，直到19世纪人们知道了原子 磁性起源假说，直到19世纪人们知道了原子 19 结构和物质结构的秘密，才真正知道这是“ 结构和物质结构的秘密，才真正知道这是“分子 电流” 电流”。 分子电流： 分子电流： 电子绕原子核 运动和电子自旋所 形成的电流。 形成的电流 。 物质 的磁性取定于物质 中分子电流的磁效 应之总和。 应之总和。
几年后，伽伐尼在伦敦 几年后，伽伐尼在伦敦 博物馆看到当人用两只手同 时接触一种称为“电鳗” 时接触一种称为“电鳗”的 鱼的头部和尾部时， 鱼的头部和尾部时，有一种 麻电的感觉，这说明电鳗体 麻电的感觉， 内存在“动物电” 内存在“动物电”，可引起 放电。 放电。 他的著名论文《论肌肉运动中电力》 他的著名论文《论肌肉运动中电力》中肯定了 动物电的存在，并假定蛙腿抽搐是： 动物电的存在，并假定蛙腿抽搐是： “有一种神经电流从神经流到肌肉中去” 有一种神经电流从神经流到肌肉中去”
四、安培对电流磁效应的深入研究 法国物理学家、数学家安培（ 法国物理学家、数学家安培（Ampere）从磁 安培 ） 体与磁体、电流与磁体相互作用， 体与磁体、电流与磁体相互作用，联想并发现了 通电导线之间有相互作用。 通电导线之间有相互作用。进一步发现了通电螺 线管与条形磁铁的等效性。 线管与条形磁铁的等效性。
安培演示电流相互作用的装置
两根载流直导线的相互作用
同向电流相吸
异向电流相斥
载流螺线管与条形磁铁等效
安培实验（1820年 安培实验（1820年） 磁体附近的载流导线受到力的作用： 磁体附近的载流导线受到力的作用：
I F
N
dF = Idl × B F = ∫ Idl × B
S
安培提出“磁性起源假说” 安培提出“磁性起源假说” 一切物质的磁性皆起源于内部的电流， 一切物质的磁性皆起源于内部的电流，构成磁 性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流， 性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流， 此环形电流使微粒显示出磁性， 极和 极和S极分布在环 此环形电流使微粒显示出磁性，N极和 极分布在环 形电流的两侧。 形电流的两侧。
t dq I= →∆q = ∫ Idt t dt
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三、奥斯特发现电流磁效应 丹麦物理学家奥斯特（ 丹麦物理学家奥斯特（Oersted）在1820年8月 奥斯特 ） 年 月 21日发表了题为《关于电流对磁针作用的实验》的 日发表了题为《关于电流对磁针作用的实验》 日发表了题为 论文，向世界宣布了“电流的磁效应” 论文，向世界宣布了“电流的磁效应”，轰动了整 个欧洲。 个欧洲。
动画
两载流回路间的相互作用力
安培也通过理论研究， 安培也通过理论研究，提出了计算两载流回路 之间的相互作用力的方法。对于作用在长为 之间的相互作用力的方法。对于作用在长为l 两载 流直导线上的力为： 流直导线上的力为：
µ0 I1I 2 F =− l 2πd
是两导线中的电流大小， 为两平行导 其中 I1 和 I 2是两导线中的电流大小，d为两平行导 线间的距离， 为真空磁导率，其大小为： 线间的距离，常量 µ0为真空磁导率，其大小为：
两种 触, 带负电。 带负电。 属 带 电, 伏打电堆
伏打电堆是第一个能产生持续电流的电池
伏打电堆被称为"神奇的仪器" 伏打电堆被称为"神奇的仪器",曾表演给拿破仑看
二、电流
1.电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。 电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。 电流 形成电流的条件: 形成电流的条件: 1) 导体中有载流子； 导体中有载流子； 2) 导体中有电场存在或导体两端有电势差 导体中有电场存在或导体两端有电势差. 2.电流强度：单位时间里通过导体某一截面的电量 电流强度： 电流强度
安培将他的研究综合在《 安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学 理论》一书中， 理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论 著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的 麦克斯韦称赞安培的工作是“ 成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿” 成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。 安培在他的一生中，只有很短的时期从事物理 安培在他的一生中， 工作，可是他却能以独特的、透彻的分析， 工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述带 电导线的磁效应， 电导线的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创 者，他是当之无愧的。 他是当之无愧的。
电流的产生及其磁效应
一、从动物电研究到伏打电堆发明 1. 伽伐尼发现“动物电” 伽伐尼发现“动物电” 1780年，意大利生物学家 年 伽伐尼(Galvani)偶然发现助手 偶然发现助手 伽伐尼 用解剖刀接触到青蛙的股神经 时，蛙腿发生强烈的抽搐现象; 蛙腿发生强烈的抽搐现象
这是什么原因呢？ 这是什么原因呢？
µ = 4π×10 N/A
−7 0
2
国际单位制中电流单位就是根据平行载流长 国际单位制中电流单位就是根据平行载流长 电流单位 直导线之间的吸引力规定的 ： 假设真空中两平行导线间距为1m， 假设真空中两平行导线间距为 ，两导线中 的电流大小都为 I，调节电流大小 ，使导线单位 ，调节电流大小I 长度(l＝1m)所受的力 为2×10－7N，规定这时的 所受的力F为 × 长度 ＝ 所受的力 ， 电流为1A. 电流为 则单位长度上所受的力为: 则单位长度上所受的力为:
1802年他在布尔让 布雷斯中央学校任物理学 年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学 年他在布尔让 和化学教授； 和化学教授； 1808年被任命为新建的大学联合组织的总监 年被任命为新建的大学联合组织的总监 事，此后一直担任此职； 此后一直担任此职； 1814年被选为帝国学院数学部成员； 年被选为帝国学院数学部成员； 年被选为帝国学院数学部成员 1819年主持巴黎大学哲学讲座； 年主持巴黎大学哲学讲座； 年主持巴黎大学哲学讲座 1824年担任法兰西学院实验物理学教授。 年担任法兰西学院实验物理学教授。 年担任法兰西学院实验物理学教授 1836年6月10日在巡视法国各大学途经马赛时 年 月 日在巡视法国各大学途经马赛时 逝世。享年 岁 逝世。享年61岁。
安培简介 安培 (Andr Marie Amp 1775～1836年) ，法国 ～ 年 物理学家，对数学和化学也有贡献。 物理学家，对数学和化学也有贡献。 1775年 1月 22日生于里昂一个富商家庭。年少 年 月 日生于里昂一个富商家庭 日生于里昂一个富商家庭。 时就显出数学才能。他的父亲信奉卢梭的教育思想, 时就显出数学才能。他的父亲信奉卢梭的教育思想 供给他大量图书，令其走自学的道路， 供给他大量图书，令其走自学的道路，于是他博览 群书，吸取营养；卢梭关于植物学的著作燃起了他 群书，吸取营养； 对科学的热情。 对科学的热情。
2.伏打发明电池 伏打发明电池 意大利物理学家、 意大利物理学家、化学 家伏打（Volta）怀疑蛙腿的 伏打（ ） 抽动是一种对电流的灵敏反 应。从实验发现了两种不同 金属相互接触时会产生接触 电势差。 电势差。 1800年发明了“伏打电 年发明了“ 年发明了 锌- 。 堆”锡-铝-铜-银-金 ----著名的“伏打序列” ----著名的“伏打序列” 著名的

奥斯特 动画
奥斯特的发现基于 1）自然哲学思想 自然各种基本力可以相互转化。 ）自然哲学思想:自然各种基本力可以相互转化 自然各种基本力可以相互转化。 2）坚信电磁间有联系，并发展电是否能产生磁的 ）坚信电磁间有联系， 研究。 研究。 著名科学刊物《化学和物理学年鉴》 著名科学刊物《化学和物理学年鉴》 "读者们一定都知道，本刊从不轻易支持宣称 读者们一定都知道， 有惊人发现的报告， 有惊人发现的报告，至今我们仍以能坚持这一方针 而自诩，然而奥斯特先生的文章显然是个例外， 而自诩，然而奥斯特先生的文章显然是个例外，他 的结果看起来无论怎么光怪陆离， 的结果看起来无论怎么光怪陆离，但每一个数据都 是准确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。" 是准确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。