磁现象与电现象的联系

SS
有磁极：N，S
相互作用：同性相斥，异性相吸 2、电流的磁场
1920年7月
奥斯特实验及其意义
• 19世纪20年代前，磁和 电是独立发展的
• 奥斯特,丹麦物理学家 Hans Christian Oersted 深受康德哲学关于“自 然力”统一观点的影响， 试图找出电、磁之间的 关系
奥斯特实验表明
带电粒子在磁场中运动所受的力与运
动方向有关.
实验发现带电粒 子在磁场中沿某一特定 直线方向运动时不受力， 此直线方向与电荷无关.

y
F0
v v + v v
o
x
z
带电粒子在磁场中
沿 垂其 直于他方v 向与运特动定时直F 线
所组成的平面.
当带电粒子在磁场 中垂直于此特定直线运 动时受力最大.
Ampere
螺线管与 磁铁相互 作用时显 示出N极 和S极
确定载流螺线管极性
实验表明载 流螺线管相 当于磁棒， 螺线管的极 性与电流成 右手螺旋关 系
一系列实验表明 磁铁 ———— 磁铁
电流 ———— 电流 都存在相互作用
3、关于磁现象的解释：安培分子电流假说 • 安培认为：
– 磁现象的本质是电流 – 物质的磁性来源于“分子”电流
FF m aF x
Fmaxqv F max 大小与 q,v 无关
qv
磁感强度B 的定义：
当 将正Fm电ax荷v在垂磁直场于中特的定方直向线定运义动为时该,受点力的FB m ax 的方向.
磁感强度大小:
B Fmax qv
Fmax
运动电荷在磁场中受力
q+
v
ຫໍສະໝຸດ Baidu

x 轴的负方向
BdB4π 0 CD Idzrs2in
BdB4π 0 CD Idzrs2in zr0co ,rtr0/sin
z
dzr0d/si2n
D 2
dz r
B 0I 2sind

4πr0 1
z
I
x o r0
C 1
*
P
dB
y
Faraday评论说：“它突然打开了 科学中一个一直是黑暗的领域的 大门，使其充满光明”．
相关实验
• 9.18 Ampere 圆电流对磁针 作用
• 9.25 Ampere平 行电流对磁针 作用
• 9.25 Arago 钢片被电流磁 化
磁铁对电流的作用
Ampere
通电导线受 马蹄形磁铁 作用而运动
7
Idl × 3
R
2、4、6、8 点 ：
6
×
4
dB 45π0 Idlr3r
dB4π0IRdl2 si n450
毕奥－萨伐尔定律
二 毕奥－萨伐尔定律应用举例
例1 载流长直导线的磁场.
z
D 2
解 dB4π0 Idzrs2in
dz r

z
dB
I
x o r0
*
P
y
C 1
dB方向均沿
4π0Ir0(co1scos2)
B的方向沿 x 轴的负方向
Bz4π0Ir0(co1sco无s2)限长载流长直导线
D 2
1 0 2 π
B 0I
2 π r0
I
xo
C 1
B
半无限长载流长直导线
×
P
y
1
π 2
BP

0I
4πr
2 π
无限长载流长直导线的磁场
第五章 恒定电流的磁场
• 作业 5.2.1 5.2.2 5.2.10 5.3.2 5.4.1 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.5.2 5.5.5 5.5.6 5.6.2 5.6.9 5.6.10 5.6.11
§1 磁现象及其与电现象的联系
一、磁现象
1、天然磁铁的磁现象：吸引铁、钴、镊 NN
• 长直载流导线使与之平行放置的磁 针受力偏转——电流的磁效应
• 磁针是在水平面内偏转的 ——横向力
• 突破了非接触物体之间只存在有心 力的观念——拓宽了作用力的类型
意义
• 揭示了电现象与磁现象的联系 • 宣告电磁学作为一个统一学科
诞生 • 历史性的突破 • 此后迎来了电磁学蓬勃发展的
高潮
评价
Ampere写道：“Oerster先生…… 已经永远把他的名字和一个新纪 元联系在一起了”．
04π10 7NA2
任意载流导线在点 P 处的磁感强度
磁感强度 叠加原理

B dB

0 I
dl
r
4π r3
dB
Idl
dB
r
I
P*r
Idl
例 判断下列各点磁感强度的方向和大小.
1
1、5点 ：dB0
8
2
×

3、7点
：dB

0Idl
4 π R2
F qv B
B
单位 特斯拉 1(T)1N/(m A)
高 斯 1(G)104 T
§2 毕奥——萨伐尔定律
一 毕奥－萨伐尔定律
(电流元在空间产生的磁场)
dB 0
4π
Idlsin
r2
Idl
dB
r
dB4π0 Idlr3r
真空磁导率

I
dB
P*r
Idl
B 0I
2πr
I B
I XB
电流与磁感强度成右螺旋关系
例2 圆形载流导线轴线上的磁场.
解 BBxdBsi n cos R r
Idl
R
r

o
x
r2 R2 x2

dB
dB

0
4π
Idl r2
*p
x
dBx
0 Icosdl
4π r2
dBx 4π0 Icro2sdl
• 这是安培根据实验的种种表现作出的重 要的抽象
“分子”电流
• 所谓“分子”，是指构成物质的基 元，当时对物质结构和分子、原子 的认识还很肤浅
• 每个分子都有电流环绕着，当分子 排列整齐时，它们的电流合起来就 可以满足磁棒的磁性所需要的电流
• 磁化可视为使物质中的分子电流排 列整齐显示出总体效果
• 以“分子电流”取代磁荷
——能解释磁棒与载流螺线管的 等效性
• 可将种种磁相互作用归结为电流之 间的相互作用
• 将人类对磁的研究引入到了正确的 轨道！
二、磁场
1、磁场的概念：磁场就是运动电荷激发或 产生的一种物质。
2、基本任务：
•用什么物理量描写磁场? •运动电荷产生磁场的规律? •磁场对运动电荷作用的力?
3、 磁 感 强 度 B 的 定 义
Idl
R
r

o
x
B0I
4π
cosdl
l r2
B 0IR
2πR
dl
4πr3 0
dB

*p x
B

0IR2 （ 2 x2 R2）32
讨 论
（1）若线圈有 N 匝
B

N
（ 2 x2
0IR2 R2）32
（2）x0 B 0 I