大学物理第八章恒定电流的磁场

Fe 2.磁性： 磁铁能吸引含有 Co 物质的性质。
Ni
3.磁极：磁铁上磁性最强的两端，分为
N S
北同 极，指向 方，
南异
斥 性相 。
吸
三.磁场
1.概念： 运动qυ电荷或电I流周围存在的物质，称为磁场。
2.对外表现
① qυ或 I 在磁场中受到力的作用。
②载流导线在磁场中移动，磁场力作功。
力的表现 功的表现
极。
然而，磁和电有很多相似之处。例如，同种电荷
互相推斥，异种电荷互相吸引；同名磁极也互相推
斥，异名磁极也互相吸引。用摩擦的方法能使物体带
上电；如果用磁铁的一极在一根钢棒上沿同一方向摩
擦几次，也能使钢棒磁化。但是，为什么正、负电荷 能够单独存在，而单个磁极却不能单独存在呢？多年 来，人们百思而不得其解。
dN B
dS
一些典型磁场的磁感线：
2.性质
①磁感线是无始无终的闭合曲线。
B
A
②任二条磁感线不相交。
B
③磁感线与电流是套合的，它们之间可用右手螺旋法 则来确定。
B
I
I
B
四.磁通量
1.定义：通过一给定曲面的磁感线的条数，称为通过该 曲面的磁通量。
电场强度通量：e S E dS
通过面元 dS的磁感线数： dN BdS BdS cos
3.电荷之间的磁相互作用与库仑相互作用的不同 ①电荷无论是静止还是运动的，它们之间都存在库仑 作用； ②只有运动的电荷之间才有磁相互作用。
四.磁感强度
电场 E 磁场 B
1.实验 在垂于电流的平面内放若干枚小磁针，发现：
①小磁针距电流远近不同，
N
受磁力大小不同。
②距电流等远处，小磁针受
I
力大小同，但方向不同。
通过面元dS 的磁感线数(磁通量)：
dm dN B dS
通过曲面S的磁通量：
dS
dS
m S B dS S B cosdS
en
B
en
B
B dN dS
2.说明
①磁通量为标量，可正可负，它取决于曲面法线方向 的规定。
② e n的规定：曲面的外法线方向为正。
C
＋
－
L
F Fe
I
×
非静电力
L
定义：利用非静电力作功，维持稳定电势差的装置。
伏打电池
1801年伏打向拿破 伦演示他的电池
电源就是把其他形式的能量转化为电能的装置
机械能——水力
机械能——风力
法国的 太阳能电站 镜面系统
化学能
2.电源电动势E
静电场 电源
负极
正极
-
E
+ + + + +
平行载流导线间的相互作用
二.基本概念 1.磁石(磁铁 )
永磁铁 电磁铁
天然磁铁 人造磁铁
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磁单极子?
把一根磁棒截成两段，可以得到两根新磁棒，它
们都有南极和北极。事实上，不管你怎样切割，新得
到的每一段小磁铁总有两个磁极。因此，人们认为磁
体的两极总是成对的出现，自然界中不会存在单个磁
2.电流密度：在垂于电流方向单位面积上的电流强度， 用 j 表示。
dS
I
通过面元dS的电流为dI，
dS
即为通过dS的电流。
大小： j dI
方向： 正电荷运动的方向
dS
面积元与E方向不垂直
3.I 与 j dI jdS j dS
E
穿过任一截面 S 的电流：
dS
S
I S j dS
三.电源及电源电动势 1.电源
电源电动势：
E
E
dl
§8-2 磁场 磁感强度
一.基本磁现象
持 罗 盘 的 陶 佣
指南车（模型）
S N
司 南
磁 地北极 磁南极 体
永久磁铁
铁、钴、镍等的 合金和铁氧体
磁北极 地南极
地磁现象 确定
磁极N、S
基本磁现象: ①载流导体在磁场中受磁场力作用。 ②载流线圈在磁场中受磁力矩作用而转动。 ③两根平行载流导线间有相互作用。
3.说明
①磁感强度是矢量，既有大小，又有方向，而且是空 间的点函数。
②磁感强度也遵从叠加原理，即
B Bi
i
（磁场叠加原理）
E Ei
i
§8-3 磁感线 磁通量 一.磁感线 ( B线 )
E E线 B B线
1.规定
①磁感线上任一点的切线方向和该点的磁场方向一致。
②直通于过磁B矢场量中的某单点位处面垂 积该的 点磁B的感大线小条。数等于
-
- v -
E
-
V2 低电势
I S
电子运动方向
稳恒电场方向
2.形成条件：①导体中要存在自由电荷；
②导体两端有一恒定的电势差。
E导体内 0
电荷不再运动
3.分类：
运流电流 电流
传导电流
二.电流强度、电流密度
1.电流强度 I
稳恒电流的电流强度：
瞬时电流强度：
单位： A
I q
I
t
lim
q dq
t0 t dt
E L E dl
定义2： 在非静电力作用下，移动单位正电荷从电源负 极经电源内部到正极时非静电力所作的功。
E
负 正极 极E
dl
(沿电源内部)
E 为一标量，但有方向，即从负极经电源内部
到正极，即电源内部电势升高的方向。
－ ＋
低电势
负极 -
-
-E
-
高电势 正极
+ +
+ +
+ +
电源
＋
－
E
E
复习
大小 ③在某一确定点，小磁针受力的 确定。
方向
2.磁感强度
EF
电子从K→A，其轨迹偏离。 实验表明：当电子的速度q
K
●
①②υυ// BB,,
F 0
Fmax
N
S
③ F 1 , 但比值 Fmax
SA
qυ
qυ
一定。
定义： 大小
方向 单位
B Fmax qυ
小磁针静止时N极的指向
特斯拉T、高斯Gs 1T 104Gs
第八章 恒定电流的磁场
§8-1 电流 电流密度 电动势 §8-2 磁场 磁感强度 §8-3 磁感线 磁通量 §8-4 毕奥 – 萨伐尔定律 §8-5 安培环路定律 §8-6 磁场对运动电荷、载流导线、
载流线圈的作用
§8-7 磁介质的磁化 磁导率 §8-8 磁介质中的磁场 有磁介质时的安培
环路定理 磁场强度
Iq
+
稳恒电场
E
非静
电电 场
正电荷q 沿非静电力方向经过电源内部绕行闭合 回路 L 一周，静电力与非静电力作功之和为
W L q( E E) dl
由静电场和稳恒电场特性，有
L qE dl 0
则
W L qE dl
W q
L E dl
定义1：单位正电荷通过电源内部绕闭合路径一周非静电 力所作的功即为电源的电动势。
产生
电荷q
电场E
定 反作用
宏向
观运
动
产生
电流I
磁场B
反作用
§8-1 电流 电流密度 电动势 大小、方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。
一.电流及其形成条件
1.电流：电荷的宏观定向运动形成电流。规定正电荷的 运动方向为电流方向。即 导体中电场的方向
电流方向
从高电势到低电势的方向
高电势 V1
I
I
-