第10章 稳恒电流的磁场 1PPT课件
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在历史上很长一段时期里，人们曾认 为磁和电是两类截然不同的现象。
1）1819年，奥斯特实验首次发现了 电流对磁极有力的作用，才逐渐揭 开了磁现象与电现象的内在联系。
I
N S
17
2）1820年，安培发现：放在磁体附近的载流导线 或线圈会受到力的作用而发生运动——磁极对电 流有力的作用。 3）安培发现：电流与电流之间存在相互作用 4）磁场对运动电荷的作用
第十章 稳恒电流的磁场
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
第十章 稳恒电流的磁场
§10-1 电流 电源电动势
3
一、电流
S
+
+
+
+
1、电流—大量电荷的定向运动
+
+
I
传导电流：载流子自由电子、正负离子、电子-空
穴对、库伯对、孤子……在电场作用下形成
引入电动势的概念：将单位正电荷绕闭合电路一周
的过程中，电源中的非静电性电场力所作的功，称
为电源的电动势。
单位：J/C，即 V
定义：
W= Fdl
q Lq
LEkdl
非静电场强Ek——单位正电荷所受的非静电力
【说明】：
① 电动势反映电源作功能力，与外电路无关；
② 电动势是有方向的标量，规定其方向为电源内
I S j dS
dS
I j
【说明】：电流就是电流密度穿过某截面的通量。
9
4、电流与电荷定向运动速度的关系 S
设电荷数密度为n，设vd为电子的
+
+
+
+
漂移速度大小，在dt时间内通过S
+
+
的电荷为
dqenvddtS
I
vddt
金属导体中电流 I 和
I
dq dt
envd S
电流密度 j 均与自由 电子数密度和自由
1A=1C/1s
方向: 正电荷运动方向，有方向的标量。
恒定电流：电流的大小和方向不随时间而变化。
5
几种典型的电流分布
粗细均匀的 金属导体
粗细不均匀的 半球形接地电极
金属导线
附近的电流
6
几种典型的电流分布
电阻法勘探矿藏时的电流 同轴电缆中的漏电流
导体中不同部分电流分布不同，电流强度I 不能
细致反映导体中各点电流分布。
部负极指向正极。
14
从场的观点来看：非静电力对应非静电场Ek。把单 位正电荷从负极B经电源内部移到正极A非静电场 作功为
A
B Ek dl
电源外部回路Ek=0。非静电场场强沿整个闭合回 路的环流等于电源电动势，即
Ek dl
15
Baidu Nhomakorabea
第十章 稳恒电流的磁场
§10-2 电流的磁场
16
一、 基本磁现象
在电磁场中，静止的电荷只受到电力的作用， 而运动电荷除受到电力作用外，还受到磁力的 作用。
电流或运动电荷之间相互作用的磁力是通过磁 场而作用的，故磁力也称为磁场力。
21
二、 磁感应强度B
点电荷q0以同一速率v沿不同方
y
向运动，实验发现：
1. F⊥v
2. F的大小随v方向而变化 3. 电荷q0沿磁场方向运动时，
j envd
电子的漂移速率成
正比 10
5、电流连续性方程 （电荷守恒定律）
dS
I s j dS
=
dq dt
j
dq/dt表示闭合曲面内的电量随时间的
S
变化率
导体内各点电流密度的大小和方向都不随时间变化
时即为恒定电流 I jds0 S
性质：通过任意封闭曲面的恒定电流为零
恒定电流的情况下，导体内部电荷分布不随时间
运流电流：带电体作机械运动形成，比如：带电
圆环绕轴心做运动
导体中形成电流的两个基本条件： （1）导体中存在自由电荷 （2）导体中要维持一定的电场
4
2、电流强度
— 通过任一截面S的电荷随时间的 变化率。
I=dq/dt
S
+
+
+
+
+
+
I
在SI中，规定电流强度为基本量，1s内通过导 体任一截面的电荷为1C的电流强度称为1A
F=0；
FmaxF
+ Fv 0
o
v +
F
+ v
x
4. 电荷q0垂直磁场方向运动时 z
，F=Fmax
22
在垂直与磁场方向改变运动电荷的速率v和电量q
实验结果： 1、在磁场中同一场点，比值 Fm/(q0v)为一恒量； 2、在磁场中不同场点，比值
y
Bv
q
Fm x
z
Fm/(q0v)的量值不同。 定义矢量函数磁感应强度：
伴随能量转换
12
二、电源的电动势
Es
电源：能够提供非静电力维持 电势差的装置
外电路：电荷从高电势向低电 势运动； 内电路：非静电力作功（或电 荷克服静电力作功），电荷从 低电势向高电势运动
A
B
电源
作用：通过内部电荷的移动，保持外电路电场 Es存在。
13
为了描述电源把其他形式的能量转变为电能的本领,
静电荷 运动电荷
电场 磁场
静电荷 运动电荷
电荷（不论静止或运动）在其周围空间激发电 场，而运动电荷在周围空间还要激发磁场；
【注意】：这里所说的运动和静止都是相对观察 者说的，同一客观存在的场，在某一参考系表 现为磁场，而在另一参考系中却可能表现为电 场。
20
静电荷 运动电荷
电场 磁场
静电荷 运动电荷
大小：B F m q v
方向：按右手螺旋法则确定。由正电荷所受力的方
向出发，沿小于π的角度转向正电荷运动速度v的方
向，这时螺旋前进的方向便是该点B的方向。 23
讨论:
1、运动电荷在磁场中受洛仑兹力：F=qv×B
电子束 S
+
N
结论：
磁现象与电荷运动有着密切的关系，运动电荷能
产生磁效应，也能受磁力的作用
18
1822年，安培提出了关于物质磁性的本质假说： 一切磁现象的根源是电流。 磁性物质的分子中存在分子电流，每个分子电流 相当于一基元磁体； 物质的磁性取决于内部分子电流对外界磁效应的 总和。
1.磁现象的本质是电流 2.磁极不能单独存在 19
7
3、电流密度矢量：j
精确描述导体中电流分布情况，是空间位置的矢 量函数。
电流密度矢量的定义：
dS
I
j d I 单位：A/m2
j
dS
方向：与该点正电荷运动方向一致；
大小：等于垂直于该点电荷运动方向的单位面积上 的电流强度
8
电流强度与电流密度的关系:
dI j
dS dI jdS
jdScos =j dS
变化。不随时间变化的电荷分布将会产生一个不
随时间变化的电场—恒定电场。
11
恒定电流与恒定电场
1、恒定电流
电流分布不随时间变化
2、恒定电场：维持恒定电流所需的电场，其分布
不随时间变化
比较
不同
相同
静电场 恒定电场
I=0，导体内E=0，一经 Q、E分布不随时间
建立不需能量维持
变化
高斯定理→有源性
I=衡量，导体内E不为零，环路定理→保守性 分布不变。其存在一定 均适用
1）1819年，奥斯特实验首次发现了 电流对磁极有力的作用，才逐渐揭 开了磁现象与电现象的内在联系。
I
N S
17
2）1820年，安培发现：放在磁体附近的载流导线 或线圈会受到力的作用而发生运动——磁极对电 流有力的作用。 3）安培发现：电流与电流之间存在相互作用 4）磁场对运动电荷的作用
第十章 稳恒电流的磁场
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整体概述
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第十章 稳恒电流的磁场
§10-1 电流 电源电动势
3
一、电流
S
+
+
+
+
1、电流—大量电荷的定向运动
+
+
I
传导电流：载流子自由电子、正负离子、电子-空
穴对、库伯对、孤子……在电场作用下形成
引入电动势的概念：将单位正电荷绕闭合电路一周
的过程中，电源中的非静电性电场力所作的功，称
为电源的电动势。
单位：J/C，即 V
定义：
W= Fdl
q Lq
LEkdl
非静电场强Ek——单位正电荷所受的非静电力
【说明】：
① 电动势反映电源作功能力，与外电路无关；
② 电动势是有方向的标量，规定其方向为电源内
I S j dS
dS
I j
【说明】：电流就是电流密度穿过某截面的通量。
9
4、电流与电荷定向运动速度的关系 S
设电荷数密度为n，设vd为电子的
+
+
+
+
漂移速度大小，在dt时间内通过S
+
+
的电荷为
dqenvddtS
I
vddt
金属导体中电流 I 和
I
dq dt
envd S
电流密度 j 均与自由 电子数密度和自由
1A=1C/1s
方向: 正电荷运动方向，有方向的标量。
恒定电流：电流的大小和方向不随时间而变化。
5
几种典型的电流分布
粗细均匀的 金属导体
粗细不均匀的 半球形接地电极
金属导线
附近的电流
6
几种典型的电流分布
电阻法勘探矿藏时的电流 同轴电缆中的漏电流
导体中不同部分电流分布不同，电流强度I 不能
细致反映导体中各点电流分布。
部负极指向正极。
14
从场的观点来看：非静电力对应非静电场Ek。把单 位正电荷从负极B经电源内部移到正极A非静电场 作功为
A
B Ek dl
电源外部回路Ek=0。非静电场场强沿整个闭合回 路的环流等于电源电动势，即
Ek dl
15
Baidu Nhomakorabea
第十章 稳恒电流的磁场
§10-2 电流的磁场
16
一、 基本磁现象
在电磁场中，静止的电荷只受到电力的作用， 而运动电荷除受到电力作用外，还受到磁力的 作用。
电流或运动电荷之间相互作用的磁力是通过磁 场而作用的，故磁力也称为磁场力。
21
二、 磁感应强度B
点电荷q0以同一速率v沿不同方
y
向运动，实验发现：
1. F⊥v
2. F的大小随v方向而变化 3. 电荷q0沿磁场方向运动时，
j envd
电子的漂移速率成
正比 10
5、电流连续性方程 （电荷守恒定律）
dS
I s j dS
=
dq dt
j
dq/dt表示闭合曲面内的电量随时间的
S
变化率
导体内各点电流密度的大小和方向都不随时间变化
时即为恒定电流 I jds0 S
性质：通过任意封闭曲面的恒定电流为零
恒定电流的情况下，导体内部电荷分布不随时间
运流电流：带电体作机械运动形成，比如：带电
圆环绕轴心做运动
导体中形成电流的两个基本条件： （1）导体中存在自由电荷 （2）导体中要维持一定的电场
4
2、电流强度
— 通过任一截面S的电荷随时间的 变化率。
I=dq/dt
S
+
+
+
+
+
+
I
在SI中，规定电流强度为基本量，1s内通过导 体任一截面的电荷为1C的电流强度称为1A
F=0；
FmaxF
+ Fv 0
o
v +
F
+ v
x
4. 电荷q0垂直磁场方向运动时 z
，F=Fmax
22
在垂直与磁场方向改变运动电荷的速率v和电量q
实验结果： 1、在磁场中同一场点，比值 Fm/(q0v)为一恒量； 2、在磁场中不同场点，比值
y
Bv
q
Fm x
z
Fm/(q0v)的量值不同。 定义矢量函数磁感应强度：
伴随能量转换
12
二、电源的电动势
Es
电源：能够提供非静电力维持 电势差的装置
外电路：电荷从高电势向低电 势运动； 内电路：非静电力作功（或电 荷克服静电力作功），电荷从 低电势向高电势运动
A
B
电源
作用：通过内部电荷的移动，保持外电路电场 Es存在。
13
为了描述电源把其他形式的能量转变为电能的本领,
静电荷 运动电荷
电场 磁场
静电荷 运动电荷
电荷（不论静止或运动）在其周围空间激发电 场，而运动电荷在周围空间还要激发磁场；
【注意】：这里所说的运动和静止都是相对观察 者说的，同一客观存在的场，在某一参考系表 现为磁场，而在另一参考系中却可能表现为电 场。
20
静电荷 运动电荷
电场 磁场
静电荷 运动电荷
大小：B F m q v
方向：按右手螺旋法则确定。由正电荷所受力的方
向出发，沿小于π的角度转向正电荷运动速度v的方
向，这时螺旋前进的方向便是该点B的方向。 23
讨论:
1、运动电荷在磁场中受洛仑兹力：F=qv×B
电子束 S
+
N
结论：
磁现象与电荷运动有着密切的关系，运动电荷能
产生磁效应，也能受磁力的作用
18
1822年，安培提出了关于物质磁性的本质假说： 一切磁现象的根源是电流。 磁性物质的分子中存在分子电流，每个分子电流 相当于一基元磁体； 物质的磁性取决于内部分子电流对外界磁效应的 总和。
1.磁现象的本质是电流 2.磁极不能单独存在 19
7
3、电流密度矢量：j
精确描述导体中电流分布情况，是空间位置的矢 量函数。
电流密度矢量的定义：
dS
I
j d I 单位：A/m2
j
dS
方向：与该点正电荷运动方向一致；
大小：等于垂直于该点电荷运动方向的单位面积上 的电流强度
8
电流强度与电流密度的关系:
dI j
dS dI jdS
jdScos =j dS
变化。不随时间变化的电荷分布将会产生一个不
随时间变化的电场—恒定电场。
11
恒定电流与恒定电场
1、恒定电流
电流分布不随时间变化
2、恒定电场：维持恒定电流所需的电场，其分布
不随时间变化
比较
不同
相同
静电场 恒定电场
I=0，导体内E=0，一经 Q、E分布不随时间
建立不需能量维持
变化
高斯定理→有源性
I=衡量，导体内E不为零，环路定理→保守性 分布不变。其存在一定 均适用