稳恒磁场课件

?
j
?
q ?dN dS? dt
?
nqvd
vd dt
dS?
I
?? j ? nqvd
金属导体内:
q ? 0,
q ? 0,
?? j ? ? nevd
??
?j 与 v?d 同向
v j 与
反向
d
二、电源 电动势
导体内形成持续电流的条件: 载流子、电势差
非静电力 Fk
A+
+q + ++
Fk
电源——提供非静电场力的装置，或称电泵。
第 12 章 稳恒磁场
第 12 章 稳恒磁场
§12.1 电流与电源 §12.2 磁力 磁场 磁感应强度 §12.3 毕奥—萨伐尔定律 §12.4 磁高斯定理 安培环路定理 §12.5 磁场对载流导线的作用 §12.6 带电粒子的运动 霍尔效应
§12-1 电流与电源
电荷在导体和半导体内有规则的定向运动所形成的电流称传导电流.
电动势
??
Ek
为非静电场场强
? Ek ?
? Fk
q
+
?
定义: 电动势 ? 等于将单位正电荷从电源负极沿内电路移到正极过程中非静电 场力做的功。
?? ?
? ? ? ? Ek ?dl (内电路)
??
? ? ? l Ek ?dl
标量, 方向
三、稳恒电路中的稳恒电场 稳恒电场——由并非静止、只是空间分布保持恒定的电荷产生的电场。
? F
? B
y
q ? ? q ??F ? ?? F ?
P ??
规定： F // q v ? B
x
v
?
3. F ? F ? qv sin?
F
qv sin ? 与
? B 规定 的大小：
? q, v,无关，只与位置有关。
B? F
qv sin ?
单位: (SI) 特斯拉(T) , 高斯(Gs)
1T = 1N ?s/(C ?m) , 1Gs ? 10 ?4 T z
电流
磁场
电流
? B 磁力线( 线)定性描绘磁场的分布：
*磁力线上各点的切线方向表示 此处磁场的方向
*磁力线的疏密反映磁场的大小
Demo
? 磁感应线的性质 与电流套连 闭合曲线(磁单极子不存在) 互不相交 方向与电流成右手螺旋关系
三、 磁场的定量描述—磁感应强度
?
B? * 的方向—利用小磁针探测磁场的方向。
稳恒电场也遵守静电场的高斯定理和环流定理.
??
b? ?
? ? E ?dl ? 0
l ??
Va ? Vb ?? a E??dl ?
? ? 而 ? ? l Ek ?dl ? 0 ? ? l (Ek ? E) ?dl
—闭合回路的环流定理
注意： 载流导体内场强不再为零, 导体也不是等势体, 表面外侧的场强也不一定同 表面垂直.
? §12-B2 磁力和磁场 磁感应强度
一、基本磁现象 磁力 1. 永磁铁 磁极 “磁荷的观点”
自然界无磁单极 2. 传导电流（ 运动电荷）之间的磁力，
电现象与磁现象密切相关 3. 物质磁性本质的假说， 分子电流
结论：一切磁现象起源于 运动电荷（电流）
二、磁场 磁场的定性描述----磁感应线（磁力线）
B * 的大小—研究运动电荷在磁场中受力。
引入运动电荷
?
? ， 实?q验v结论： ?
1. v ? 0 则 F ?； 0 v 一?般0
? B
? ，F?0
2.
q 即
? ? ? ? 以同一速率沿不同方向通过P点时，所受磁力大小不同，但
? ? ? F ? v, F ? B.
z
F ? (v。, B )
??
o q
?
dS?
j
? dI ? dq ?
j
?
dS?
en
?
?dS?? dt
en
dI ? jdS? ? j ?endS ?
??
单位：
?? j ?dS
I ? ??sdI ? ??s j ?dS
A m2
设每个载流子电量为q, 载流子数密度为n, 平均漂移速度的大小为vd.
dt内流过dS⊥的载流子数目为:
dN ? ndV ? ndS? dl ? ndS? v? qv ? B
F
y
o
?
qB
洛仑兹力公式
P ??
x
v
说明
??
1. 一般，
B ? B(x, y, z,t)
? B 若场中各点的 都相同，称匀强磁场。
? B 若各点的 都不随着时间变化，称稳恒磁场。
2. 磁场叠加原理
?? ? ?
?
B? B ? B ? B ??? B
1
2
3
n
§12-3 毕奥—萨伐尔定律
-B
-
-q
-
闭合电路电流的形成
非静电力的作用：
电源外部：
静电力 +
提供稳恒电场，静电力使 正电荷从电势高的地方向 电势低的地方运动。
电源内部：
+
-
++ + ++
非静电力
+
静电力
---
两种力同时存在！方向相反。
非静电力使正电荷从电势低的地方（电源负极）再 回到电势高的地方（电源正极），形成稳恒电流。
v ~ 105~6 m / s
电场力作用下的定向漂移运动:
? eE
i f
vd
vd ~ 10?4 m / s 形成传导电流!
与晶格离子, 杂质的碰撞?导体的电阻.
1、电流强度 I
I ? dq dt
2、电流密度
标量, 方向
? j
ds?
? E
I
电流密度的大小等于从垂直于电流方向的单位截面上流过的电流强度。
?
?dB ?
?0 4?
?? Idl ? r
? r3
二、毕奥—萨伐尔定律的应用 1. 直电流的磁场
设有载流直导线(I),计算场点P处的磁感应强度. z
(已知P与导线两端形成夹角
z ? 2
2 线的垂直距离为 a)
一、毕奥—萨伐尔(Biot-Savart) 定律
回顾求任意形状带电体产生的场强 :
? E?
? ? 线电流 ? 电流元
? dE ?
? ?B
?
dq
4?? 0r 3
? r
??
? B ? dB
Idl ? dB
I
大小
dB ? Idl sin?
方向
? ? r?2 dB //dl ? r
? E
?
rP
dq
?P
r?
??
dB
Idl
线电流
比例系数k与单位制有关.
真空中，SI 制:
dB ?
?0 4?
Idl sin ?
r2
毕—萨定律:
?
0dB??4??4???01I0d?l7?rT2?
?m/A
?
er ? ?0 4?
真空磁导率
?? Idl ? r
r3
B线
有限长线电流(或面电流,体电流)
? 产生的磁场：
?? r Idl
? B?
载流子:
金属导体?自由电子; 电解液?正负离子; 半导体? 电子-空穴对.
外在条件: 导体两端维持一定的电势差, 即导体内Ei≠0.
运流电流: 单个或多个电荷在空间的定向移动（或运动） 如：分子中电子绕核的运动，等效为圆电流。 分子的等效电流称为分子电流或安培电流。
一、电流强度和电流密度
金属导电性的微观解释. 自由电子的热运动(常温):