电磁学电子教本资料

4.1.1 磁的基本现象
一下,则螺线管原来受吸引的一பைடு நூலகம்变为受排斥,原来受排斥的一端变为受吸引。这表明：螺 线管本身就象一条磁棒那样，一端相当于Ｎ极，另一端相当于Ｓ极。螺线管的极性和电流 方向的关系，可用图4-8所示的右手法则来描述：用右手握住螺线管,弯屈的四指沿电流回 绕方向，将拇指伸直，这时拇指便指向螺线管的Ｎ极。
投入铁屑中，再取出时可以发现，靠近 两端的地方吸引的铁屑特别多，即磁性 特别强(图4-1),这磁性特别强的区域称 为磁极,中部没有磁性的区域叫做中性区。
如果将条形磁铁或狭长磁针的中心 支撑或悬挂起来,使它能够在水平面内自由转动(图4-2),则 两磁极总是分别指向南北方向的。因此我们称指北的一端 为北极(通常用Ｎ表示),指南的一端为南极(用Ｓ表示)。
下面一个实验表明，一个载流线圈的行为很象一块磁铁。如图4-7所示，将一个螺线 管通过一对浸在小水银杯A、B中的支点悬挂起来，这样,我们既可通过支柱将电流通入螺 线管,螺线管又可在水平面内自由偏转。接通电流后，用一根磁棒的某个极分别去接近螺 线管的两端。我们会发现，螺线管一端受到吸引,另一端受到排斥。如果把磁棒的极性调
在历史上很长一段时期里，磁学和电学的研究一直彼此独立地发展着,人们曾认为磁 与电是截然分开的现象。直到十九世纪初,一系列重要的发现才打破了这个界限，使人们 开始认识到电与磁之间有着不可分割的联系。
1819-1820年间，丹麦科学家奥斯特发表了自已多年研究的成果，这便是历史上著名 的奥斯特实验。他的实验可概括叙述如下。如图4-4所示，导线AB沿南北方向放置，下面 有一可在水平面内自由转动的磁针。当导线中没有电流通过 时，磁针在地球磁场的作用下沿南北取向。但当导线中通过 电流时，磁针就会发生偏转。如图所示，当电流方向是由A 到B时，则从上往下看去，磁针的偏转是沿逆时针方向的； 当电流反向时，磁针的偏转方向也倒转过来。
奥斯特实验表明，电流可以对磁铁施加作用力。反过来，
4.1.1 磁的基本现象
磁铁是否也会给电流施加作用力呢？图4-5所示的实验回答了这个问题。把一段水平的直 导线悬挂在马蹄形磁铁两极间。通电 流后，导线就会移动。这表明，磁铁 可以对载流导线施加作用力。此外， 电流和电流之间也有相互作用力。例 如把两根细直导线平行地悬挂起来， 当电流通过导线时，便可发现它们之 间有相互作用。当电流方向相同时， 它们相互吸引(图4-6a),当电流方向 相反时,它们相互排斥(图4-6b)。
4.1.2 磁场
和绕核旋转的负电子组成的。而且还有自旋。 原子、分子等微观粒子内电子的这些运动形成 了“分子环流”，这便是物质磁性的基本来源。
如果将一根磁铁悬挂起来使它能够自由转动，并用另一磁 铁去接近它(图4-3),则同号磁极互相排斥,异号磁极互相吸引。
4.1.1 磁的基本现象
由此可以推想，地球本身是一个大磁体，它的Ｎ极位于地理南极附近,Ｓ极位于地理北极 附近。以上所述便是指南针(罗盘)的工作原理,我国古代这个重大发明至今在航海、地形 测绘等方面仍有着广泛的应用。
电磁学电子教案
使用教材：赵凯华、陈熙谋编的第二版 主讲人：陈绍英、王启文、石鹏、李艳华 呼伦贝尔学院物理系普通物理教研室
电磁学课题组
2006年9月制作
第四章 稳恒磁场
• 4.1 磁的基本现象和基本规律 • 4.2 载流回路的磁场 • 4.3 磁场的“高斯定理”与安培环路定理 • 4.4 磁场对载流导线的作用 • 4.5 带电粒子在磁场中的运动
螺线管和磁棒之间的相似性,启发我们提出这样的问题：磁铁和电流是否在本源上是 一致的？十九世纪杰出的法国科学家安培提出了这样一个假说：组成磁铁的最小单元(磁 分子)就是环形电流。若这样一些分子环流定向地排列起来，在宏观上就会显示出Ｎ、Ｓ 极来(图4-9),这就是安培分子环流假说。在那个时代人们还不了解原子的结构,因此不能
4.1.1 磁的基本现象
电与磁经常联系在一起并互相转化，所以凡是用到电的地方，几乎都有磁的过程参与 其中。在现代化的生产、科学研究和日常生活里，大至发电机、电动机、变压器等电力装 置，小到电报、电话、收音机和各种电子设备，无不与磁现象有关。
在磁学领域内，我国古代人民作出了很大的贡献。远在春秋战国时期，随着冶铁业的 发展和铁器的应用，对天然磁石(磁铁矿)已有了一些认识。这个时期的一些著作，如《管 子·地数篇》,《山海经·北山经》(相传上夏禹所作,据考证是战国时期的作品),《鬼谷子》, 《吕氏春秋·精通》中都有关于磁石的描述和记载。我国古代“磁石”写作“慈石”,意思
是“石 铁之母也。以有慈石，故能引其子”(东汉高诱的慈石注)。我国河北省的磁县(古时称慈
州 和磁州),就是因为附近盛产天然磁石而得名。汉朝以后有更多的著作记载磁石吸铁现象。 东汉著名的唯物主义思想家王充在《论衡》中所描述的“司南勺”已被公认为最早的磁性
指 南器具。指南针是我国古代的伟大发明之一，对世界文明的发展有重大的影响。十一世纪 北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中第一次明确地记载了指南针。沈括还记载了以天然强磁
4.1.1 磁的基本现象
十二世纪初我国已有关于指南针用于航海的明确记录。 现在知道,人们最早发现的天然磁铁矿矿石的化学成分是四氧化三铁( Fe3O)。4 近代
制造人工磁铁是把铁磁物质放在通有电流的线圈中去磁化,使之变成暂时或永久的磁铁。 为了进一步了解磁现象，下面我们较详细地分析一下磁铁的性质。如果将条形磁铁
4.1.2 磁场
如在第一章所述，静止电荷之间的相互作用力是通过电场来传递的,即每当电荷出现 时,就在它周围的空间里产生一个电场；而电场的基本性质是它对于任何置于其中的其它 电荷施加作用力。这就是说,电的作用是“近距”的。磁极或电流之间的相互作用也是这
样, 不过它通过另外一种场——磁场来传递。磁极或电流在自已周围的空间里产生一个磁场， 而磁场的基本性质之一是它对于任何置于其中的其它磁极或电流施加作用力。用磁场的 观点，我们就可以把上述关于磁铁和磁铁，磁铁和电流，以及电流和电流之间相互作用 的各个实验统一起来了，所有这些相互作用都是通过同一种场——磁场来传递的。以上 所述可以概括成这样一个图式：