清华大学物理学课件--电流的产生及其磁效应

t dq I= →∆q = ∫ Idt t dt
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三、奥斯特发现电流磁效应 丹麦物理学家奥斯特（ 丹麦物理学家奥斯特（Oersted）在1820年8月 奥斯特 ） 年 月 21日发表了题为《关于电流对磁针作用的实验》的 日发表了题为《关于电流对磁针作用的实验》 日发表了题为 论文，向世界宣布了“电流的磁效应” 论文，向世界宣布了“电流的磁效应”，轰动了整 个欧洲。 个欧洲。
两种 触, 带负电。 带负电。 属 带 电, 伏打电堆
伏打电堆是第一个能产生持续电流的电池
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伏打电堆被称为"神奇的仪器" 伏打电堆被称为"神奇的仪器",曾表演给拿破仑看
二、电流
1.电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。 电流：导体内的载流子定向运动而形成电流。 电流 形成电流的条件: 形成电流的条件: 1) 导体中有载流子； 导体中有载流子； 2) 导体中有电场存在或导体两端有电势差 导体中有电场存在或导体两端有电势差. 2.电流强度：单位时间里通过导体某一截面的电量 电流强度： 电流强度
2.伏打发明电池 伏打发明电池 意大利物理学家、 意大利物理学家、化学 家伏打（Volta）怀疑蛙腿的 伏打（ ） 抽动是一种对电流的灵敏反 应。从实验发现了两种不同 金属相互接触时会产生接触 电势差。 电势差。 1800年发明了“伏打电 年发明了“ 年发明了 锌- 。 堆”锡-铝-铜-银-金 ----著名的“伏打序列” ----著名的“伏打序列” 著名的
安培演示电流相互作用的装置
两根载流直导线的相互作用
同向电流相吸
异向电流相斥
载流螺线管与条形磁铁等效
安培实验（1820年 安培实验（1820年） 磁体附近的载流导线受到力的作用： 磁体附近的载流导线受到力的作用：
I F
N
dF = Idl × B F = ∫ Idl × B
S
安培提出“磁性起源假说” 安培提出“磁性起源假说” 一切物质的磁性皆起源于内部的电流， 一切物质的磁性皆起源于内部的电流，构成磁 性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流， 性物质的每个微粒都存在着永不停息的环形电流， 此环形电流使微粒显示出磁性， 极和 极和S极分布在环 此环形电流使微粒显示出磁性，N极和 极分布在环 形电流的两侧。 形电流的两侧。
四、安培对电流磁效应的深入研究 法国物理学家、数学家安培（ 法国物理学家、数学家安培（Ampere）从磁 安培 ） 体与磁体、电流与磁体相互作用， 体与磁体、电流与磁体相互作用，联想并发现了 通电导线之间有相互作用。 通电导线之间有相互作用。进一步发现了通电螺 线管与条形磁铁的等效性。 线管与条形磁铁的等效性。
1802年他在布尔让 布雷斯中央学校任物理学 年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学 年他在布尔让 和化学教授； 和化学教授； 1808年被任命为新建的大学联合组织的总监 年被任命为新建的大学联合组织的总监 事，此后一直担任此职； 此后一直担任此职； 1814年被选为帝国学院数学部成员； 年被选为帝国学院数学部成员； 年被选为帝国学院数学部成员 1819年主持巴黎大学哲学讲座； 年主持巴黎大学哲学讲座； 年主持巴黎大学哲学讲座 1824年担任法兰西学院实验物理学教授。 年担任法兰西学院实验物理学教授。 年担任法兰西学院实验物理学教授 1836年6月10日在巡视法国各大学途经马赛时 年 月 日在巡视法国各大学途经马赛时 逝世。享年 岁 逝世。享年61岁。
几年后，伽伐尼在伦敦 几年后，伽伐尼在伦敦 博物馆看到当人用两只手同 时接触一种称为“电鳗” 时接触一种称为“电鳗”的 鱼的头部和尾部时， 鱼的头部和尾部时，有一种 麻电的感觉，这说明电鳗体 麻电的感觉， 内存在“动物电” 内存在“动物电”，可引起 放电。 放电。 他的著名论文《论肌肉运动中电力》 他的著名论文《论肌肉运动中电力》中肯定了 动物电的存在，并假定蛙腿抽搐是： 动物电的存在，并假定蛙腿抽搐是： “有一种神经电流从神经流到肌肉中去” 有一种神经电流从神经流到肌肉中去”
安培将他的研究综合在《 安培将他的研究综合在《电动力学现象的数学 理论》一书中， 理论》一书中，成为电磁学史上一部重要的经典论 著。麦克斯韦称赞安培的工作是“科学上最光辉的 麦克斯韦称赞安培的工作是“ 成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿” 成就之一，还把安培誉为“电学中的牛顿”。 安培在他的一生中，只有很短的时期从事物理 安培在他的一生中， 工作，可是他却能以独特的、透彻的分析， 工作，可是他却能以独特的、透彻的分析，论述带 电导线的磁效应， 电导线的磁效应，因此我们称他是电动力学的先创 者，他是当之无愧的。 他是当之无愧的。
动画
两载流回路间的相互作用力
安培也通过理论研究， 安培也通过理论研究，提出了计算两载流回路 之间的相互作用力的方法。对于作用在长为 之间的相互作用力的方法。对于作用在长为l 两载 流直导线上的力为： 流直导线上的力为：
µ0 I1I 2 F =− l 2πd
是两导线中的电流大小， 为两平行导 其中 I1 和 I 2是两导线中的电流大小，d为两平行导 线间的距离， 为真空磁导率，其大小为： 线间的距离，常量 µ0为真空磁导率，其大小为：
奥斯特 动画
奥斯特的发现基于 1）自然哲学思想 自然各种基本力可以相互转化。 ）自然哲学思想:自然各种基本力可以相互转化 自然各种基本力可以相互转化。 2）坚信电磁间有联系，并发展电是否能产生磁的 ）坚信电磁间有联系， 研究。 研究。 著名科学刊物《化学和物理学年鉴》 著名科学刊物《化学和物理学年鉴》 "读者们一定都知道，本刊从不轻易支持宣称 读者们一定都知道， 有惊人发现的报告， 有惊人发现的报告，至今我们仍以能坚持这一方针 而自诩，然而奥斯特先生的文章显然是个例外， 而自诩，然而奥斯特先生的文章显然是个例外，他 的结果看起来无论怎么光怪陆离， 的结果看起来无论怎么光怪陆离，但每一个数据都 是准确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。" 是准确无误的，谁也找不到丝毫漏洞。
安培简介 安培 (Andr Marie Amp 1775～1836年) ，法国 ～ 年 物理学家，对数学和化学也有贡献。 物理学家，对数学和化学也有贡献。 1775年 1月 22日生于里昂一个富商家庭。年少 年 月 日生于里昂一个富商家庭 日生于里昂一个富商家庭。 时就显出数学才能。他的父亲信奉卢梭的教育思想, 时就显出数学才能。他的父亲信奉卢梭的教育思想 供给他大量图书，令其走自学的道路， 供给他大量图书，令其走自学的道路，于是他博览 群书，吸取营养；卢梭关于植物学的著作燃起了他 群书，吸取营养； 对科学的热情。 对科学的热情。
µ = 4π×10 N/A
−7 0
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国际单位制中电流单位就是根据平行载流长 国际单位制中电流单位就是根据平行载流长 电流单位 直导线之间的吸引力规定的 ： 假设真空中两平行导线间距为1m， 假设真空中两平行导线间距为 ，两导线中 的电流大小都为 I，调节电流大小 ，使导线单位 ，调节电流大小I 长度(l＝1m)所受的力 为2×10－7N，规定这时的 所受的力F为 × 长度 ＝ 所受的力 ， 电流为1A. 电流为 则单位长度上所受的力为: 则单位长度上所受的力为:
磁性起源假说，直到19世纪人们知道了原子 磁性起源假说，直到19世纪人们知道了原子 19 结构和物质结构的秘密，才真正知道这是“ 结构和物质结构的秘密，才真正知道这是“分子 电流” 电流”。 分子电流： 分子电流： 电子绕原子核 运动和电子自旋所 形成的电流。 形成的电流 。 物质 的磁性取定于物质 中分子电流的磁效 应之总和。 应之总和。
电流的产生及其磁效应
一、从动物电研究到伏打电堆发明 1. 伽伐尼发现“动物电” 伽伐尼发现“动物电” 1780年，意大利生物学家 年 伽伐尼(Galvani)偶然发现助手 偶然发现助手 伽伐尼 用解剖刀接触到青蛙的股神经 时，蛙腿发生强烈的抽搐现象; 蛙腿发生强烈的抽搐现象
这是什么原因呢？ 这是什么原因呢？