(完整版)电磁学(梁灿彬)第五章稳恒电流的磁场

各种矢量场在研究方法上有类似之处，稳 恒磁场的许多基本规律也与静电场对应，可采 用与静电场对比的方法研究稳恒磁场。
二、本章的基本要求
1.深刻理解磁感应强度B的概念及物理意义；
2.毕奥—萨伐尔定律是本章的基本定律，要 掌握其内容，并能熟练应用该定律计算磁感 应强度B；
3.理解稳恒磁场的两条基本定理,熟练应用 安培环路定理计算具有对称性分布的磁场；
现在知道, 最早发现的天然磁铁矿矿石的 化学成分是Fe3O4。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，
使之变成暂时的或永久的磁铁。根据需要
可以制成条形、针形、蹄形等各种形状。
一块磁体上磁性特别强的区域，叫做磁极。
任何磁体都有两极：南极（S）和北极（N） 事实表明磁体不存在独立的N极或S极，但是 有独立存在的正电荷或负电荷，这是磁极与电荷 的基本区别。 近代理论认为可能有独立磁极存在,这种具有 磁南极或磁北极的粒子，叫做磁单极子，但至今 尚未观察到这种粒子
理量是磁矩，磁矩 ， 按右手法则确定。
Pm 定 义
实验表明： （1）试探线圈（即载流小线圈）在磁场中受到 力矩的作用而发生转动，线圈转动到某一位置 时，磁力矩为零，这一位置称为线圈的平衡位
置。规定：当线圈处于平衡位置时，线圈的法 线这方样向 规（定磁的矩磁场P方m 向的与方一向个）放为置该在点该的点磁的场小方磁向，
2.磁铁对电流（通电导线）也有作用力（水平 直导线悬挂在马蹄形磁铁两极间，通电后，导 线就会运动）。
3.安培实验：通电导线之间有相互作用力，即 电流和电流之间也有相互作用力。
4.磁铁对运动电荷有作用力。电子流从电子射 线管的阴极发射,形成一条电子射线，在旁边放 置一块磁铁，就可以看到电子射线的路径发生 偏转。
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二、物质磁性的起源—安培分子电流假说
由于磁极与电荷之间有某些类似之处，最初曾认 为磁极是“磁荷”集中的所在（称N极有“正磁 荷”，S即由“负磁荷”），并认为磁性起源于
磁铁之间的相互作用起源于“磁荷”之间的 相互作用，通过一系列实验，才逐步认识到“磁 荷是不存在的”。
截流螺线管的行为很象一块磁铁，启发物 理学家们提出这样的问题：磁铁和电流是否本 源上是一致的？法国科学家安培提出磁性起源 的假说—安培分子电流假说：组成磁铁的最小 单元（磁分子）就是环形电流。
电磁学讲义
Electromagnetism Teaching materials
CH5 稳恒电流的磁场
2010级物理学专业
前言(Preface)
一、本章的基本内容及研究思路
静止电荷的周围存在着电场 运动电荷周围，不仅有电场，而且还有磁场。 不随时间变化的磁场称为稳恒磁场，有时也 称为“静磁场”。 稳恒电流激发的磁场就是一种稳恒磁场。 运动的电荷（或电流）要产生磁场，磁场又 会对其他的运动电荷（或电流）有作用力。 本章就是从这两个方面来研究磁场的。
大量实验证明，电现象和磁现象存在相互联系。 我们知道，电的作用是“近距”的，磁极或电 流之间的相互作用也是这样的，不过它通过另 外一种场—磁场来传递的。
用磁场的观点，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,概括成这样一个图示：
磁铁 电流
磁场
磁铁 电流
安培认为，任何物质的分子都存在环形电流， 称为分子电流，分子电流产生的磁场在轴线上的 方向可以用右手定则来判断，每一个分子电流相 当于一个小磁体。当物质中的分子电流排列得毫 无规则时，他们的磁场互相抵消，整个物体不显 磁性，但是，在一定条件下，这些分子电流比较 有规则的定向排列起来，他们的磁场互相加强， 整个物体就会显示出磁性。
安培的分子电流的想法基本上是正确的，近 代物理学证实,分子电流是由原子中的各个电子 自旋和电子的轨道运动合成的结果。
这样，上面的图示可简化为：
电流
磁场 电流
注意：无论电荷静止还是运动，它们之 间都存在着库仑相互作用，但是只有运 动着的电荷之间才存在着磁相互作用。
§2 磁感应 强度B 磁感应线 (magnetic induction B & magnetic induction line) 一、 磁感应强度 B
针的北极N的指向一致； （2）载流线圈在磁场中所受的磁力矩M的大小 与线圈相对于磁场的取向有关，当线圈从平衡 位置转过 时，线圈所受磁力矩最大；
2
（3）磁矩 Pm不同的载流线圈（ S 不同或 I 0 不
法有三种：（1）由试探电流元在磁场中受力
来定义；（2）由运动电荷在磁场中所受到的
力来定义；（3）由试探线圈在磁场中受的力
矩来定义。这三种定义是相互等效的，我们现 采用最后一种方式来定义磁感应强度 B 。若
一个线圈的线度充分小，通过的电流I0也很小，
那么这样的载流线圈称为试探线圈。描述载流
nˆ 线
为
P圈m 的I0物Snˆ
实验表明：同名磁极互相排斥；异名磁 极互相吸引。
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 磁与电是两类截然分开的现象。直至十九世 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。
下面介绍几个这方面的实验：
1.奥斯特实验：导线沿南北方向放置，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，磁针在地磁场的作用下沿南北取向. 当导线中通有电流时, 磁针就会发生偏转。上述 实验表明，电流可以对磁铁施加作用力。
4.正确理解并掌握安培定律和洛仑兹力公 式， 了解安培力和洛仑兹力的关系。
§1 基本磁现象概述 (summary of basic magnetic phenomenon)
一、磁的基本现象
对磁现象的认识很早 最早发现的磁现象：天然磁石吸铁， 我国远在春秋战国时期（公元前六、七世 纪）的古书中已有记载
任何运动电荷或电流，在周围空间产 生磁场，磁场对外的重要表现是：（1） 磁场对引入磁场中的其他运动电荷或载 流导体有磁力的作用；（2）载流导体在 磁场内移动时，磁场的作用力将对载流 导体作功。这些表现说明了磁场的物质 性。
磁场的描述是用磁感应强度（由于历史的
原因不叫磁场强度）这一物理量。它的定义方