第五章稳恒磁场
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1、第五章 稳恒磁场运动电荷运动电荷( (电流电流) )周围不仅有电场，而且还有磁场，周围不仅有电场，而且还有磁场，由稳恒电流产生的磁场是不随时间变化的磁场，称作由稳恒电流产生的磁场是不随时间变化的磁场，称作稳恒磁场稳恒磁场或或静磁场静磁场。 本章和静电场一章非常相似，先引入磁场的概念，本章和静电场一章非常相似，先引入磁场的概念，再介绍性质，最后研究对介质的作用，因此对照起来再介绍性质，最后研究对介质的作用，因此对照起来学习，十分有利。学习，十分有利。第五章 稳恒磁场5.3 5.3 磁场高斯定理磁场高斯定理5.4 5.4 安培环路定理安培环路定理5.5 5.5 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场
2、中的运动5.6 5.6 磁场对载流导体的作用磁场对载流导体的作用5.1 5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律5.2 5.2 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律第五章 稳恒磁场N NS SN NS SS SN NN S N SN S N S永磁体的性质和相互作用永磁体的性质和相互作用(2) (2) 同种磁极相互排斥、异种磁极相互吸引；同种磁极相互排斥、异种磁极相互吸引； (3) (3) 将一磁棒分为两段，将一磁棒分为两段，N N、S S极并不能相互分离，不存在极并不能相互分离，不存在 磁单极；磁单极；(4) (4) 地球本身是一大磁体，其磁性地球本身是一大磁体，其磁性N N极在地理南
3、极，磁性极在地理南极，磁性S S 极在地理北极。极在地理北极。能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为能够吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性磁性。直接从自然界得到的具有这种磁性的矿石称为直接从自然界得到的具有这种磁性的矿石称为天然磁铁天然磁铁；人工方法获得的具有更强磁性的称为人工方法获得的具有更强磁性的称为人造磁铁人造磁铁。天然磁铁和人造磁铁都叫天然磁铁和人造磁铁都叫永磁体永磁体（永磁铁）。（永磁铁）。 都具有南极（都具有南极（S S）和北极）和北极(N)(N)， 南北两极磁性较强；南北两极磁性较强；1 1、磁铁间的相互作用、磁铁间的相互作用一、磁作用一、磁作用5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本
4、现象和基本规律 第五章 稳恒磁场2 2、电流对磁铁的作用、电流对磁铁的作用3 3、磁铁对电流的作用、磁铁对电流的作用I IS SN NN NI IN NS SS SI IN NN NS SS SI IN NS SN SN S左手定则判受力左手定则判受力 5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律 第五章 稳恒磁场 电电 流流 磁磁 铁铁 磁磁 铁铁 电电 流流 同向电流：吸引同向电流：吸引 反向电流：排斥反向电流：排斥4 4、电流对电流的作用、电流对电流的作用这些磁作用的本质是什么，它是如何产生的？这些磁作用的本质是什么，它是如何产生的？5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基
5、本规律 第五章 稳恒磁场i i分子电流分子电流内部消内部消磁棒断面磁棒断面 相当于螺线管相当于螺线管二、磁场二、磁场1 1、物质磁性的基本来源、物质磁性的基本来源安培分子电流假说安培分子电流假说：任何物质的分子中都存在圆形电流任何物质的分子中都存在圆形电流 分子电流。分子电流。分子电流相当于一个基元磁体。分子电流相当于一个基元磁体。分子电流形成的分子电流形成的微观解释：微观解释：原子、分子内电子的绕核旋转原子、分子内电子的绕核旋转 和自转。和自转。 1 1、磁化：若这些分子电流定向排列，宏观上即显示、磁化：若这些分子电流定向排列，宏观上即显示N N、S S极。极。2 2、N,SN,S两种磁极不
6、能单独存在。两种磁极不能单独存在。磁分子的磁分子的“分子电流分子电流”等效图等效图5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律 第五章 稳恒磁场 2 2、磁场、磁场 电流电流 电流电流磁场磁场 磁现象的本质：磁现象的本质： 一切磁效应均来源于电流（电荷的一切磁效应均来源于电流（电荷的运动）；运动）；一切磁作用都是电流与电流之间的相互作用，或一切磁作用都是电流与电流之间的相互作用，或说成运动电荷之间的相互作用。说成运动电荷之间的相互作用。电流之间的相互作用是通过磁场来传递的。电流之间的相互作用是通过磁场来传递的。（永磁体间的磁现象，来源于永磁体中分子电流所激发（永磁体间的磁现象，来源于永
7、磁体中分子电流所激发的磁场和磁场给永磁体内分子电流的作用力。的磁场和磁场给永磁体内分子电流的作用力。）运动电荷（电流）在其周围激发运动电荷（电流）在其周围激发磁场磁场。电场是一种特殊物质，磁场也是一种特殊物质。电场是一种特殊物质，磁场也是一种特殊物质。5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律 第五章 稳恒磁场 磁场一点的性质用磁感应强度矢量磁场一点的性质用磁感应强度矢量B B来描述，它的数值反映来描述，它的数值反映该点磁场的强弱，该点磁场的强弱，B B的方向为该点磁场方向。的方向为该点磁场方向。 关于关于B B的定义有各种不同的方法，有的用电流在磁场中受的力来定义，有的定义有各种不
8、同的方法，有的用电流在磁场中受的力来定义，有的用通电线圈在磁场中受的力矩来定义，为了更好地反映磁场的本质，且与的用通电线圈在磁场中受的力矩来定义，为了更好地反映磁场的本质，且与电场强度电场强度E E的定义相对应，的定义相对应，我们定义：我们定义：磁感应强度磁感应强度B B为单位运动正电为单位运动正电荷荷qvqv在磁场中受到的最大力在磁场中受到的最大力F Fm m ，即，即qvFBm方向：方向：qBvmFxyz三三. .磁感应强度磁感应强度 B5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律 第五章 稳恒磁场实验证明磁场像电场一样，也满足叠加原理实验证明磁场像电场一样，也满足叠加原理 B B
9、 =B B 或或 B =B =ddB B在在SISI制中，单位为：制中，单位为：1 1 （特斯拉特斯拉）。）。TmAN1文献中常沿用实用制单位文献中常沿用实用制单位GSGS（高斯）（高斯）: : 。 GST4101单位：单位：5.1 磁的基本现象和基本规律磁的基本现象和基本规律 第五章 稳恒磁场电流周围有磁场，稳恒电流的磁场是稳恒磁场。由于稳恒电流总电流周围有磁场，稳恒电流的磁场是稳恒磁场。由于稳恒电流总是闭合的，且形状各异，所以要想求得总磁场分布，必须先研究一小是闭合的，且形状各异，所以要想求得总磁场分布，必须先研究一小段电流的磁场。沿电流方向取一小段电流段电流的磁场。沿电流方向取一小段电流
10、I Id dl,l,称作称作电流元电流元。一电流的磁场一电流的磁场BdrPldI024IdlrdBr毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律式中叫式中叫 真空的磁导率真空的磁导率， = 4= 410107 7NANA2 200 它表明一小段电流元产生的磁感应强度它表明一小段电流元产生的磁感应强度d dB B的大小，与电流元的大小，与电流元d dl l成正比，成正比，与电流元到场点距离与电流元到场点距离r r的平方成反比，且与的平方成反比，且与d dl l和和 夹角的正弦成正比，其方夹角的正弦成正比，其方向由向由右手法则右手法则确定。确定。 r5.2 毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律第五章 稳恒磁场r201
11、e4dqdEr0r2e4IdldBr库仑定律库仑定律（是电场的一条基本定律）（是电场的一条基本定律）毕萨定律毕萨定律（是磁场的一条基本定律）（是磁场的一条基本定律）电场产生于电荷电场产生于电荷磁场产生于电流磁场产生于电流041系数系数40系数系数与电荷元与电荷元d dq q成正比；成正比；与距离与距离r r的平方成反比的平方成反比与电流元与电流元I Id dl l成正比；成正比；与距离与距离r r的平方成反比的平方成反比但必须注意：但必须注意： 与与 及及E E和和B B的方向上的不同。的方向上的不同。 00 毕萨定律在磁场中像库仑定律在电场中一样，是一条最基本毕萨定律在磁场中像库仑定律在电场
