大学物理——11-1磁感应强度B

电源电动势的方向：电源内部电势升高的方向； 或在电源内部从负极指向正极。
§11.1磁场 磁感应强度
一、基本磁现象
永磁体的性质：
（1）具有磁性，能吸引铁、 钴、镍等物质。 （2）具有磁极，分磁北极N和磁南极S。 （3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。 （4）磁极不能单独存在。
司南勺
在磁极区域，磁性最强。

S

S


载流子：导体中宏观定向运动的带电粒子。
电流强度（I）：单位时间内通过导体任一 横截面的电荷 。
dq I dt
3
单位：安培 1A 1 C s 1
6
1A 10 mA 10 μ A
恒定电流（直流电）： 导体中通过任一截面的电流不随时间变化（I = 恒量）。 电流的方向：导体中正电荷的流向。
B
dF
dF
B
θ
Idl
三、安培力
电流元 Idl 置于磁感应强度为 B 的外磁场中时，
电流元所受的力为： 安培定律:
dF Idl B
安培定律:
一段电流元Idl在磁场中所受的力dF，其大小与电 流元Idl成正比，与电流元所在处的磁感应强度B成正 比，与电流元Idl和B的夹角的正弦成正比，即
dS
n
dI 大小： j j 速度方向上的单位矢量 d S d 对任意小面元 d S ， I j d S j d S dS 对任意 dI I j d S j S 曲面S：
d S
P 处正电荷定向移动 j
三、电源和电动势
+
第11章 恒定电流的磁场
11.1 磁感应强度 B
11.2 毕奥-萨伐尔定律
11.3 磁通量 磁场的高斯定理 11.4 安培环路定理 11.5 磁场对电流的作用 11.6 带电粒子在电场和磁场中
的运动
11.7 磁介质
中国研制的月球车在做沙漠试验
补充：恒定电流 电动势
一、恒定电流和恒定电场
电流 ：大量电荷的宏观定向运动。 形成电流的两个基本条件： ⑴ 导体中存在自由电荷； ⑵ 导体中要维持一定的电场。
电流元：回路中无限小的电流。
I
Idl Idl
Idl dF 0
B
电流元在磁场中不受力的状态：
电流元与该点磁感应强度同方向； 电流元与该点磁感应强度反方向。
Idl dF 0
磁感应强度 B 的大小：
dFmax B Idl
dFmax
Idl
dF 的方向：右螺旋法则
dF与 Idl B 方向相同
dF 的大小：


dF IdlB sin θ
讨论：
匀强磁场中直线电流受的安培力:
B
I

B
I I
Fmax
I与B垂直、F最大
B
F 垂直纸面向内
I与B平行、F为零

电动势：将单位正电荷沿闭合回路移动一周的过 程中，非静电性电场力所做的功（在电源内部从 负极到正极）。
W Ek dl l q
单位：V
W ε Ek dl q
ε Ek dl Ek dl
l 内
结论：电源电动势在数值上等于把单位正电荷从负极 经电源内部移到正极时非静电性电场力所做的功。
第十一章
恒定电流的磁场
第十一章
恒定电流的磁场
•静止电荷——静电场 •运动电荷——电场、磁场 •稳恒电流产生的磁场不随时间变化——稳恒磁场
内容：
•描述磁场的基本物理量——磁感应强度 •电流磁场的基本方程——Biot-savart定律 •磁场性质的基本方程——高斯定理与安培环路定理 •磁场对电流与运动电荷的作用——Lorentz力、Ampere力
+
+
+ A
E
+
B
+
E F + k+ A
+
B
电源：提供非静电力的装置。
外电路：电源外部的电路，正电荷从高电 势向低电势运动。
内电路：电源内部正、负两极之间的电路，正电 荷克服静电场力做功，从低电势向高电势运动。
非静电场：非静电力与试验电荷电荷量的比值 Fk Ek q
磁场与电场一样、是客观存在的特殊形态的物质。
2、磁感应强度 恒定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一 般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。
描述磁场性质的物理量：磁感应强度 B
磁感应强度 B 的定义：
磁感应强度 B 的方向：
小磁针在场点处时其N 极的指向。 磁感应强度 B 的大小：
实验发现： 磁铁对载流导线、载流导线之间或 载流线圈之间也有相互作用。
结论：
磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电 荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。
1821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说： 一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中 存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基 元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子 电流对外界的磁效应的总和。
11.5
磁偏角
地球是一个巨大的永磁体。
1820年4月 接通电源时，放在边上的磁针轻轻 哥本哈根大学 抖动了一下，电流反向时磁针的偏 转也反向……电流的磁效应
I
电与磁
I B r
丹麦物理学家 奥斯特
1820年7月21日，以拉丁文 报导了60次实验的结果： 电流可以产生磁场。
奥斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麦物理学家，发现了电流 对磁针的作用，从而导致了 19世纪中叶电磁理论的统一 和发展。
维持恒定电流的条件是在导体内部建立恒定电场 产生恒定电场的电荷分布必须不随时间变化。 结论： 恒定电场和静电场相同，也遵守静电场 的高斯定理和环路定理。
二、电流密度
电流密度：导体中单位时间内通过垂直于电流方向 单位面积的电荷为导体中某点处电流密度 j 的大小， 的方向为该点正电荷定向漂移的方向。 j
载流子 浓度n ； 载流子电荷 q ； + + +
S
+ + +
载流子漂移速度 u
I
I qnuS qnuS
电流密度矢量：
j qnu
单位： A m 2
通过任意横截面的电流 ：
I js
大块导体
定义：电流密度
v
dI j n d S
方向: // v
I
dI P n
二、磁场 磁感应强度
1、磁场
1）磁力的传递者是磁场 电流(或磁铁)磁场电流(或磁铁) 2）磁场是由运动电荷所激发，参考系是观察者 静止电荷激发静电场 运动电荷可同时激发电场和磁场。 3）磁场对外的重要表现 (1)磁场对进入场中的运动电荷或载流导体有磁力的作用； (2)载流导体在磁场中移动时，磁场的作用力对载流导体作 功，表明磁场具有能量。