大学物理:第11章 稳恒磁场

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大学物理课件第11章稳恒磁场

大学物理课件第11章稳恒磁场

p
已知:I、c
解:
0
B AO
0I 4a
(cos 1
cos 2 )
B
I cP

Ia
0 I [cos 0 cos( )]
A
4a
2
0I 4c sin
(1 cos )
2
所以 B p BAO BOB
2
方向
同理
BOB
0I 4c sin
(1 cos )
2
0I 2c sin
(1 cos )
r0
OR
dB dB
p•
dBx
X
方向
Idl r0
分析对称性、写出分量式
B
dB 0
Bx
dBx
0 4
Idl sin
r2
统一积分变量
Y
sin R r
Bx
dBx
0 4
Idl sin
r2
I Idl
O
0 IR 4r 3
dl
0 IR 4r 3
2R
r0
R x
2(
0 IR 2
R2 x2
)3
R

a LI
a
I
A a
•P
0 0I 5 105T S•
•T
4a R点
方向
BR BLA BLA
0 I (cos 0 cos 3 ) 0 I (cos 1 cos )
4a
4 4a 4
1.71 105T
方向 •
S点
BLA
0I 4a
(cos 0
cos
3
4
)
BLA
0I 4a
(cos

大学物理稳恒磁场解读

大学物理稳恒磁场解读

2018/9/27
24

r the displacement from
I dl
I
Idl toward P.
dB
the contribution of Idl to the magnetic induction at point P.
r
P
B
the magnetic field of I at point P.
I
S
2018/9/27 5
I
Magnetic field lines surrounding a long and straight wires
2018/9/27
6
I
Magnetic field lines for a tightly wound solenoid of finite length carrying a steady current.

Gauss’ theorem
B dS 0

Ampere’s circulation theorem (Ampere’s Law) L B d l 0 Ii
i
11
2018/9/27

Affect of magnetic field force on currents
right hand rule
26
Superposition Principle of Magnetic Induction
B d B
L
B Bi
u Idl r B d B= 4 r

L

0
L
3
2018/9/27
27
DISCUSSION

大学物理稳恒磁场

大学物理稳恒磁场

1.通电密绕长直螺线管内部的磁感强度
设总匝数为N、总长为L 通过稳恒电流电流强度为I 分析对称性,知内部场沿轴向,
l B
B外 0
I
方向与电流成右手螺旋关系
螺线管均匀密绕无漏磁 B外 0
B外 0 I B d l B d l B d l B d l B d l 外 内
沿半径方向引到很远的电源上,求:环中心处 o 点的 磁感应强度。
E
解:如图所示的电流系统在 o 点激发的 B 为 5 段电流 所产生的 B 矢量的迭加。 o 点在直电流 IAE 与 IFB 所 在延长线上。
A
c
o
I1
R
I2 D
B

F

B AE B FB 0
又O点离IEF很远,此电流的磁场可不计。
(C) L3 B dl 0 I
(D) L4 B dl 0 I
2 I
L1
L3
I
L2
[ D ]
L4
二、安培环路定理在解场方面的应用 对于一些对称分布的电流 可以通过取合适的环路L 利用磁场的环路定理比较方便地求解场量 (类似于电场强度的高斯定理的解题) 以例题说明解题过程
R1 的阴影部分均匀带正电荷,面电荷密度为 + ,其余部分均匀带负电荷,面电荷密度为 – , 当圆盘以角速度 旋转时,测得圆盘中心点 o 的磁感应强度为零, 问 R1 与 R2 满足什么关系?
解:当带电圆盘转动时,可 看作无数个圆电流的磁场 在 o 点的迭加,
R1 R2
o
半径为 r ,宽为 dr 的圆电流 dI= 2rdr / 2 = rdr 磁场 dB = 0dI/2r =0dr/2

《大学物理》稳恒磁场

《大学物理》稳恒磁场
42
第四节 安培环路定理
Bdl L
0 (I1 I2 )
(0 I1
I

2
I1
I2 I3
I1
L
I1
问(1)B 是否与回路 L 外电流有关?
(2)若
LB d l 0 ,是否回路 L 上各处
B
0

是否回路 L 内无电流穿过?
43
第四节 安培环路定理
安培环路定理的应用
例题 无限长载流圆柱体的磁场
33
第三节 磁通量 磁场的高斯定理
例题 如图载流长直导线的电流为 I, 试求通过矩形面积的磁通量.
B
I
l
d1 d2
o
x

B 0I
2π x
dΦm
BdS
0I
2πx
ldx
Φm
B dS 0Il
S

d2 dx x d1
Φm
0 Il

ln
d2 d1
34
第三节 磁通量 磁场的高斯定理 磁场的高斯定理
d
I
B1
r1
dl1
B2 dl2
r2
l
B1
0I ,
2 π r1
B2
0 I
2 π r2
B1
dl1
B2
dl2
0 I

d
B1 dl1 B2 dl2 0
l B d l 0
40
第四节 安培环路定理
多电流情况
I1
I2
I3
l
B B1 B2 B3
Bdl
l
0(I2 I3)
推广:
➢ 安培环路定理
第13章

大学物理 稳恒磁场

大学物理 稳恒磁场

第十一章稳恒磁场磁场由运动电荷产生。

磁场与电场性质有对称性,学习中应注意对比.§11-1 基本磁现象磁性,磁力,磁现象;磁极,磁极指向性,N极,S极,同极相斥,异极相吸。

磁极不可分与磁单极。

一、电流的磁效应1819年,丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应;1820年,法国科学家安培发现磁场对电流的作用。

二、物质磁性的电本质磁性来自于运动电荷,磁场是电流的场。

注:1932年,英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极”,至今科学家一直在努力寻找其存在的证据。

§11-2 磁场磁感强度一、磁场磁力通过磁场传递,磁场是又一个以场的形式存在的物质。

二、磁感强度磁感强度B 的定义:(1)规定小磁针在磁场中N 极的指向为该点磁感强度B 的方向。

若正电荷沿此方向运动,其所受磁力为零。

(2)正运动电荷沿与磁感强度B 垂直的方向运动时,其所受最大磁力F max 与电荷电量q 和运动速度大小v 的乘积的比值,规定为磁场中某点磁感强度的大小。

即:qvF B max=磁感强度B 是描写磁场性质的基本物理量。

若空间各点B 的大小和方向均相等,则该磁场为均匀磁场....;若空间各点B 的大小和方向均不随时间改变,称该磁场为稳恒磁场....。

磁感强度B 的单位:特斯拉(T)。

§11-3 毕奥-萨伐尔定律 一、毕-萨定律电流元: l Id电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元l Id 在空间产生元磁感强度的矢量和。

式中μ0:真空磁导率, μ0=4π×10-7NA 2 dB 的大小: 20sin 4rIdl dB θπμ=d B 的方向: d B 总是垂直于Id l 与r 组成的平面,并服从右手定则.一段有限长电流的磁场: ⎰⎰⨯==l l r r l Id B d B 304πμ二、应用1。

一段载流直导线的磁场 )cos (cos 42100θθπμ-=r IB 说明:(1)导线“无限长":002r I B πμ=(2)半“无限长”: 00004221r I r IB πμπμ==2.圆电流轴线上的磁场 磁偶极矩232220)(2x R R IB +=μ讨论:(1)圆心处的磁场:x = 0 RIB 20μ=;(2)半圆圆心处的磁场: RIR I B 422100μμ==(3)远场:x >>R ,引进新概念 磁偶极矩0n IS m =则: m xB 3012πμ=3.载流螺线管轴线上的磁场)cos (cos 2120ββμ-=nIB讨论:(1)“无限长”螺线管:nI B 0μ=(2)半“无限长”螺线管:nI B 021μ=例:求圆心处的B .§11-4 磁通量 磁场的高斯定理 一、磁感线作法类似电场线。

第十一章 电磁学 恒定磁场 Ma 2016

第十一章 电磁学 恒定磁场 Ma 2016

0 qnS d lv er dB 4 r2
d B 0 qv er B d N 4 r 2 方向根据右手螺旋法则, B 垂直 v 、 正, B 为 v r 的方向;q为负, B 与
q
+
r B
v
q-
q为 r组成的平面。 v r 相反。
μ0 I B (cos θ1 cos θ 2 ) 4πr0
0 π
2
I
无限长载流长直导线的磁场
θ1 θ2
μ0 I B 2πr0
注意用右手螺旋关系判断方向。 半无限长载流长直导线的磁场
1
r0
P
θ1 θ2

2 π

μ0 I B 4πr0
I
r0
P
大学物理 电磁学
2、载流圆线圈轴线上的磁场 真空中,半径为R的载流导线,通有电流I,称圆电流。求其 轴线上一点 P的磁感强度的方向和大小
1、5 点 : dB 0
7

6 5
Idl
R
×
× 3
3、7点 : dB
0 Idl 4 π R2
4
2、4、6、8 点 :
dB
0 Idl
4π R
2
sin 45
0
大学物理 电磁学
3. 毕—萨定律应用举例
dB 的方向均
沿x 轴负方向
(1) 载流长直导线的磁场
z
dz

2

dB
大学物理 电磁学
磁现象与电现象有没有联系?
静电场 ?
静止的电荷 运动的电荷
1820年奥斯特:发现电流的磁效应
N

大学物理稳恒磁场 ppt课件

大学物理稳恒磁场  ppt课件
2
NI R
B2

0 NI R2
2(R2 x2 )32
R
O1
O2
x
(1) 电流方向相同:
B B1 B2

0 NI
2R
[1
(R2
R3

x2
3
)2
]
8.51105 T
(2) 电流方向相反:
B B1 B2

0 NI
2R
[1 pp(t课R件2
R3

x
2
)
3 2
]
4.06 105 T
R 2 Indx R2 x2 3/2
B
dB 0nI
2
x2 x1
R2dx μ0nI ( R2 x2 3/2 2
x2 R2 x22
x1 ) R2 x12
B

0nI
2
cos2
ppt课件
cos1
27
讨论
B

0nI
2
cos2
cos1
I
在弧长为 dl 的线元内 流过的电流元为:
dI
dI I dl
真空的磁导率ppt课件
13
O
r P
Idl
dB

dB
Idl

P r
dB
I
电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内 是圆心在电流元轴线上的一系列同心圆。
磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系

磁场叠加原理: B dB

oIdl rˆ
ppt课L件
L 4r 2
dB

μ0 4π

大学物理——第11章-恒定电流的磁场

大学物理——第11章-恒定电流的磁场


单 位:特斯拉(T) 1 T = 1 N· -1· -1 A m 1 特斯拉 ( T ) = 104 高斯( G )
3
★ 洛仑兹力 运动的带电粒子,在磁场中受到的作用力称为洛仑兹力。
Fm q B
的方向一致; 粒子带正电,F 的指向与矢积 B m 粒子带负电,Fm的指向与矢积 B的方向相反。
L
dB
具体表达式
?
5
★ 毕-萨定律
要解决的问题是:已知任一电流分布 其磁感强度的计算
方法:将电流分割成许多电流元 Idl
毕-萨定律:每个电流元在场点的磁感强度为:
0 Idl r ˆ dB 4 πr 2
大 小: dB
0 Idl sin
4 πr
2
方 向:与 dl r 一致 ˆ
整段电流产生的磁场:
r 相对磁导率
L
B dB
8
试判断下列各点磁感强度的方向和大小?
8
7

6

R
1
1、5 点 :
dB 0
0 Idl
4π R 2
Idl

2
3、7 点 : dB 2、4、6、8 点 :
3 4
5
dB
0 Idl
4π R
sin 450 2
9
★ 直线电流的磁场
29
★ 磁聚焦 洛仑兹力
Fm q B (洛仑兹力不做功)
与 B不垂直

//
// cosθ
sin θ
m 2π m R T qB qB
2πm 螺距 d // T cos qB
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4
二. 磁感应强度B
试验线圈(电流、尺寸都很小 的载流线圈)的磁矩:
I
en
s
Pm=IS en
en 为试验线圈平面正法线方向的单位矢量
试验线圈处于平衡时,线圈正法线指示的方向即 为该点磁场(B)的方向。 对一给定点,改变试验线圈的磁矩:磁矩pm增 大,磁力矩Mmax增大。
5
殊方向反映了该点磁场的性质。
1= 45 , 2= 90
16
a
(3) 边长为a的正三角形中心o点的磁场。 正三角形:B1=0; CD段: B2=0; AB段: B a
r
a
.P
B

x2
x1
o Idxsin 2 4 r
o Idlsin dB 4 r2
10
B

x2
x1
o Idxsin 2 4 r
x 2 I Idx x
o
x=atg( -90 )=-actg
a ad dx , r 2 sin sin
r
o I B 4 a
1 a
.P

2
1
sin d
o I B (cos 1 cos 2 ) 4a
11
o I B (cos1 cos 2 ) 4a
注意: 1. a是直电流外一点P到直电 流的垂直距离; 2. 1和 2是直电流与(直电 流端点与场点P的)连线的夹角。
1 a
M max 通过分析:在场中给定点,比值 及其特 Pm
磁感应强度的大小等于线圈所受的 I
s
最大磁力矩与线圈磁矩之比,即 en M max B 单位:特斯拉(T) Pm
方向:试验线圈在该点处于平衡位置时的 en方向
注意:定义磁感应强度矢量还有多种方法。
6
§11.2 毕奥-萨伐尔定律!
P r 真空中,电流元Idl 在P点产 生的磁场为:
P
2
I
应取同一方位的角。
12
o I (cos 1 cos 2 ) B 4a
讨论:(1) 对无限长直导线,
2
I
1=0, 2=,则有:
oI B 2 a
I B
1 a
P
(2) 对半无限长直导线, 1= /2, 2=,有:
oI B 4 a
1
稳恒磁场
由稳恒电流激发的磁场成为稳恒磁场,又称静磁场。 任务:研究稳恒磁场的产生、性质和磁力(磁力矩) 内容:一个重要物理量——磁感应强度B 一条基本定律——毕奥-萨伐尔定律 两条基本定理——高斯定理和安培环路定理 一个公式: 洛仑兹力 方法:类比法 !!!!
1
§11-1 磁力和磁场 磁感应强度 一. 磁力和磁场
Idl

o Idl r dB 4 r 3
1. SI制中:o=410-7 真空的磁导率 B的单位:特斯拉(T),1T=104Gs 2. r是从电流元Idl 指向场点P的矢量。
r= r Idl 到P点的距离。
7
B P r
o Idl r dB 4 r 3
载流导体产生的磁感应强度
B

导体
o Id l r 4 r 3
B
导体
dB
注意:上面的积分是求矢量和!!
9
例2-1 求直线电流的磁场。 解: 电流元Idx在P点所产生 的磁场为:
x I Idx x
o
o Idx sin dB 4 r2
方向:垂直纸面向里 ( 且所有电 流元在P点产生的磁场方向相同); 所以:
早期磁现象:磁铁 磁铁间的相互作用。 (1) 磁铁有吸引铁、鈷、镍的性质—磁性。 (2) 磁铁有两个极:N,S。 (3) 磁极间存在相互作用力:同极相斥,异极相吸。 I 1819年,奥斯特 N 实验证明电流与磁铁 S 间有力的作用。 磁铁间作用力、磁铁和电流间的相互作用力, 电流与电流间的相互作用力统称磁力。 2
15
2
.o
o I B (cos 1 cos 2 ) 4a
I (2) 边长为a的正方形中心 O点:
1
a A
.o
o I (cos 45 cos 135 ) 4 B a 4 2 1= 45 , 2= 135
A点磁场:
2
1
I
o I (cos 45 cos 90 ) 2 B 4a
1 2
A
o I B (cos1 cos 2 ) 4a
C
I
B
o I B [cos( ) cos ] AB: 1 4a cos 2 oI o I BC: B 2 (cos cos ) 4a 2 4 a o I o I (1 sin ) P点磁场:B B1 B2 4 a cos 4 a
(2) 如果P点位于直导线上或 其延长线上, 则P点的磁感应强 度必然为零。 证:若P点位于直导线上或 其延长线上,则=0或=,有:
x I Idx x
o
r
a
.P
o Idlsin 0 B dB 4 r2

o Idlsin dB 4 r 2
14
例2-2 直电流公式的应用。 (1) P点磁场: P a I
大小:Idl=电流I线元长度dl。 方向:电流I的方向;
3. 电流元Idl 是线元。
Idl

o Idlsin 4. dB 4 r 2
是Idl与r 之间的夹角。
方向:由右手螺旋法则确定。
8
5. 对载流导体求磁感应强度B 将载流导体分成若干电流元Idl ,求dB
o Idl r dB 3 4 r
安培假说:
一切磁现象都起源于电荷的运动(电流)。
通电导线的磁性,起源于传导电流; 磁铁的磁性,起源于分子电流; 电磁波的磁性,起源于位移电流; 结论:磁和电不可分;磁场就是电流的磁场。 电流1 运动电荷 磁场 磁场 电流2 运动电荷
3
磁场:由电流在周围空间激发的一种特殊物质。 物质性表现: ① 磁场对电流或运动电荷能施力的作用 ② 磁场能对载流导体做功 — 磁场具有能量 ③ 磁场能与其他物质相互作用 — 使磁介质磁化 特殊性表现: ① 区别于实体物质,具有空间叠加性。 ② 区别于电场,磁场只存在于运动电荷周围, 只 存在于电流周围。
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