第十章 稳恒电流的磁场PPT课件
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E
电子热运动轨迹
漂移运动方向
在外电场作用下，所有电子都逆着电场方向作整体漂移
运动。室温时电子漂移运动的平均速率的数量级约为
10-4 m.s-1。
8
稳恒电流的磁场
电流强度： I Q t
恒定电流：电流强度不随时间变化
2、电流密度
（1）定义：j
dI
n
dS
不同形状导体的电流分布
dS
I j
方向：正电荷漂移运动的方向， 即该点电场强度的方向。
CGS制:高斯
1T = 104 Gs
21
稳恒电流的磁场
电场 dq
Q r •P
QE
d
dq
q:dE40r2
§10. 1 电流
电动势
一、电流与电流密度
1、电流：大量带电粒子（载流子）的定向运动
金属：自由电子
载流子
半导体：自由电子、空穴 电解质溶液：正、负离子
绝缘体：无
7
稳恒电流的磁场
金属中电子的热运动与整体漂移运动（定向运动） 按照经典电磁理论，无外电场作用时，金属中的电子作 无规则的热运动，其轨迹为一折线。室温时电子热运动的 平均速率的数量级约为105 m.s-1。
Fk 14q
稳恒电流的磁场
电动势：表征电源将其他能量转化为电能的能力
定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电
W q 力 所l做F k q 的d 功l . E kd l外 E kd 0 l 内 E kd l
内Ek dl
电源电动势大小等于将单 位正电荷从负极经电源内 部移至正极时非静电力所 作的功.
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。
j dI dS
9
稳恒电流的磁场
（2）电流线
一组疏密程度与电流密度矢量的大小成正比的曲线，
且曲线上任一点的切线方向都表示该点的电流密度矢量
的方向。
j
dI
n
dS
d I jd S c o js d S
且 d SdS cos
dS
S: IsjdS
稳恒电流的磁场
磁力与磁场总结
磁流体船
1
稳恒电流的磁场
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稳恒电流的磁场
第十章 稳恒电流的磁场
§10.1 电流 电动势 §10.2 电流的磁场 §10.3 磁场的高斯定理 §10.4 安培环路定理 §10.5 磁场对运动电荷的作用 §10.6 磁场对载流导线的作用 §10.7 磁场力的功
电动势是标量，但有方向
15
稳恒电流的磁场
§10. 2 电流的磁场
一、一切磁现象都是起源于电流
战国末期：有 “慈石召铁，或引之也”的记载。
公元十一世纪：发明了指南针并发现了地磁偏角 1800年：伏特发明了电池
1820年7月：奥斯特实验——电流周围有磁场
I
S
N
16
稳恒电流的磁场
安培： 1820.9.18.
稳恒电流的磁场
真空中静电场与恒磁场的对比
静电场（有源） 稳恒磁场（无源）
基本场量 基元场
E、U（保守场）
dE
dq
40
r0 r2
高斯定理
q
EdS
s
0
dBB（涡40旋Id场lr）2r0
sB dS 0
环路定理
LEdl 0
LBdl0I
dFdq.E FqVB
场力
dFIldB
MPeE
MPMB 6
稳恒电流的磁场
园电流对磁针的作用
9.25. 两平行直电流的相wk.baidu.com作用
I
F
F
I
10.9. 通电螺线管与磁棒的等效性
I
N
17
稳恒电流的磁场
1822年. 安培分子电流假说
无外磁场
1.磁现象的本质是电流 2.磁极不能单独存在
外磁场中
18
稳恒电流的磁场
二、 磁 场 磁感应强度
1.磁场:存在于运动电荷周围的一种特殊物质
运动电荷
I jS
通过某一截面的电流强度即为此截面上电流密度的通量。
10
稳恒电流的磁场
载流子数密度n
I～
载流子平均定向运动速率vd（漂移速率）
I Q te tN en d tt vsen d sv
I j S envd
11
稳恒电流的磁场
dS
二、电流连续性方程
j
S
闭合曲面： I jdS s
若 :I jds0则表示有电荷通过闭合曲面向外迁移 s
若I： jds0则表示有电荷进入闭合曲面 s
若以 dq表示闭合曲面 随内 时的 间电 的量 变化 dt
则有s： jdS ddtq ——电流连续性方程
单位时间通过闭合面向外净流出的电荷量等于闭 合面内单位时间电荷量的减少。
12
稳恒电流的磁场
若d： q 0， jd 则 s0 ——稳恒电流条件
磁场
运动电荷
磁场的特殊性: 满足叠加原理
磁场的物质性:
对I(或qv)有作用 I(或qv)在磁场中移动,磁场力作功。
电子束 S
+ N
19
稳恒电流的磁场
2.磁感应强度
y
FmaxF
+ Fv 0
o
v +
F
+ v x
z
实1. 验表F 明v:
2. Fq、v、、磁场强弱
3. 2时， F F max
Fmaxq、v、磁场强弱
3
稳恒电流的磁场
磁场 磁感应线
激 发 磁 场
的描述 磁感应强度 磁通量
毕-萨定律
叠加原理
微观本质：运动电菏的磁场
真 空 中
磁场的高斯定理 磁场性质；
基本规律
无源场、
的
安培环路定理
涡旋场
稳
磁
恒 电受 流磁
场 作 用
场 力 磁场对运动电荷洛仑兹力
、
磁场对载
磁 场 力 矩
磁场对电流元作用安培力 流导体作
dt
s
13
稳恒电流的磁场
三、电源 电动势
I
非 重 力
R
+ E-
++Fk+
-
抽 水 机
导体内存在稳恒电场 是形成稳恒电流的条件
电源—提供非静电力的装置
外电路：静电力对正电荷作正功， 使它从高电势到低电势。
内电路：非静电力对正电荷作正 功，使它从电源内部的
负极板到正极板。
非静电性电场的场强： E k
=
用力
磁场对载流线圈作用力矩
4
稳恒电流的磁场
激 发 磁
|B
|
Fm
dB4q0v Idlr2r0
s
BdS
s
B
0
qvr0
场 真 空
B dB
4 r2
sB dS 0
中
基本规律
的 稳
磁
LBdl0I
恒 电受 流磁
场 作 用
场 力 、 磁 场 力 矩
FqVB
dFIldB
F dF
M P MB ;P MNn I0S 5
F 而比值 m 和 q v 无关,它反映了该点磁场的强弱
qv
磁感应强度B 的大小:
为此定义:
磁感应强度B 的方向:
B Fm
qv
Fm
v (右手2螺0 旋)
稳恒电流的磁场
讨论: 1.运动电荷在磁场中受洛仑兹力:
F qv B
大小: FqvsBi n
F
方向: 右手螺旋法则
v q
+
2. B的 单位 B SI制: 特斯拉
电子热运动轨迹
漂移运动方向
在外电场作用下，所有电子都逆着电场方向作整体漂移
运动。室温时电子漂移运动的平均速率的数量级约为
10-4 m.s-1。
8
稳恒电流的磁场
电流强度： I Q t
恒定电流：电流强度不随时间变化
2、电流密度
（1）定义：j
dI
n
dS
不同形状导体的电流分布
dS
I j
方向：正电荷漂移运动的方向， 即该点电场强度的方向。
CGS制:高斯
1T = 104 Gs
21
稳恒电流的磁场
电场 dq
Q r •P
QE
d
dq
q:dE40r2
§10. 1 电流
电动势
一、电流与电流密度
1、电流：大量带电粒子（载流子）的定向运动
金属：自由电子
载流子
半导体：自由电子、空穴 电解质溶液：正、负离子
绝缘体：无
7
稳恒电流的磁场
金属中电子的热运动与整体漂移运动（定向运动） 按照经典电磁理论，无外电场作用时，金属中的电子作 无规则的热运动，其轨迹为一折线。室温时电子热运动的 平均速率的数量级约为105 m.s-1。
Fk 14q
稳恒电流的磁场
电动势：表征电源将其他能量转化为电能的能力
定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电
W q 力 所l做F k q 的d 功l . E kd l外 E kd 0 l 内 E kd l
内Ek dl
电源电动势大小等于将单 位正电荷从负极经电源内 部移至正极时非静电力所 作的功.
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。
j dI dS
9
稳恒电流的磁场
（2）电流线
一组疏密程度与电流密度矢量的大小成正比的曲线，
且曲线上任一点的切线方向都表示该点的电流密度矢量
的方向。
j
dI
n
dS
d I jd S c o js d S
且 d SdS cos
dS
S: IsjdS
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磁力与磁场总结
磁流体船
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稳恒电流的磁场
第十章 稳恒电流的磁场
§10.1 电流 电动势 §10.2 电流的磁场 §10.3 磁场的高斯定理 §10.4 安培环路定理 §10.5 磁场对运动电荷的作用 §10.6 磁场对载流导线的作用 §10.7 磁场力的功
电动势是标量，但有方向
15
稳恒电流的磁场
§10. 2 电流的磁场
一、一切磁现象都是起源于电流
战国末期：有 “慈石召铁，或引之也”的记载。
公元十一世纪：发明了指南针并发现了地磁偏角 1800年：伏特发明了电池
1820年7月：奥斯特实验——电流周围有磁场
I
S
N
16
稳恒电流的磁场
安培： 1820.9.18.
稳恒电流的磁场
真空中静电场与恒磁场的对比
静电场（有源） 稳恒磁场（无源）
基本场量 基元场
E、U（保守场）
dE
dq
40
r0 r2
高斯定理
q
EdS
s
0
dBB（涡40旋Id场lr）2r0
sB dS 0
环路定理
LEdl 0
LBdl0I
dFdq.E FqVB
场力
dFIldB
MPeE
MPMB 6
稳恒电流的磁场
园电流对磁针的作用
9.25. 两平行直电流的相wk.baidu.com作用
I
F
F
I
10.9. 通电螺线管与磁棒的等效性
I
N
17
稳恒电流的磁场
1822年. 安培分子电流假说
无外磁场
1.磁现象的本质是电流 2.磁极不能单独存在
外磁场中
18
稳恒电流的磁场
二、 磁 场 磁感应强度
1.磁场:存在于运动电荷周围的一种特殊物质
运动电荷
I jS
通过某一截面的电流强度即为此截面上电流密度的通量。
10
稳恒电流的磁场
载流子数密度n
I～
载流子平均定向运动速率vd（漂移速率）
I Q te tN en d tt vsen d sv
I j S envd
11
稳恒电流的磁场
dS
二、电流连续性方程
j
S
闭合曲面： I jdS s
若 :I jds0则表示有电荷通过闭合曲面向外迁移 s
若I： jds0则表示有电荷进入闭合曲面 s
若以 dq表示闭合曲面 随内 时的 间电 的量 变化 dt
则有s： jdS ddtq ——电流连续性方程
单位时间通过闭合面向外净流出的电荷量等于闭 合面内单位时间电荷量的减少。
12
稳恒电流的磁场
若d： q 0， jd 则 s0 ——稳恒电流条件
磁场
运动电荷
磁场的特殊性: 满足叠加原理
磁场的物质性:
对I(或qv)有作用 I(或qv)在磁场中移动,磁场力作功。
电子束 S
+ N
19
稳恒电流的磁场
2.磁感应强度
y
FmaxF
+ Fv 0
o
v +
F
+ v x
z
实1. 验表F 明v:
2. Fq、v、、磁场强弱
3. 2时， F F max
Fmaxq、v、磁场强弱
3
稳恒电流的磁场
磁场 磁感应线
激 发 磁 场
的描述 磁感应强度 磁通量
毕-萨定律
叠加原理
微观本质：运动电菏的磁场
真 空 中
磁场的高斯定理 磁场性质；
基本规律
无源场、
的
安培环路定理
涡旋场
稳
磁
恒 电受 流磁
场 作 用
场 力 磁场对运动电荷洛仑兹力
、
磁场对载
磁 场 力 矩
磁场对电流元作用安培力 流导体作
dt
s
13
稳恒电流的磁场
三、电源 电动势
I
非 重 力
R
+ E-
++Fk+
-
抽 水 机
导体内存在稳恒电场 是形成稳恒电流的条件
电源—提供非静电力的装置
外电路：静电力对正电荷作正功， 使它从高电势到低电势。
内电路：非静电力对正电荷作正 功，使它从电源内部的
负极板到正极板。
非静电性电场的场强： E k
=
用力
磁场对载流线圈作用力矩
4
稳恒电流的磁场
激 发 磁
|B
|
Fm
dB4q0v Idlr2r0
s
BdS
s
B
0
qvr0
场 真 空
B dB
4 r2
sB dS 0
中
基本规律
的 稳
磁
LBdl0I
恒 电受 流磁
场 作 用
场 力 、 磁 场 力 矩
FqVB
dFIldB
F dF
M P MB ;P MNn I0S 5
F 而比值 m 和 q v 无关,它反映了该点磁场的强弱
qv
磁感应强度B 的大小:
为此定义:
磁感应强度B 的方向:
B Fm
qv
Fm
v (右手2螺0 旋)
稳恒电流的磁场
讨论: 1.运动电荷在磁场中受洛仑兹力:
F qv B
大小: FqvsBi n
F
方向: 右手螺旋法则
v q
+
2. B的 单位 B SI制: 特斯拉