第15电流和磁场.pptx
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1、静电荷和静电场静电荷和静电场静电荷激发静电场静电荷激发静电场PQdEPrdq静电场的基本定理静电场的基本定理环路定理环路定理 高斯定理高斯定理静电场和物质的相互作用静电场和物质的相互作用静电场和导体的相互作用:静电感应静电场和导体的相互作用:静电感应静电平衡下的导体的性质:静电平衡下的导体的性质:静电场和电介质的相互作用:介质的极化静电场和电介质的相互作用:介质的极化介质中的介质中的高斯定理高斯定理本章主要涉及四个方面的问题:本章主要涉及四个方面的问题:1 1)磁场)磁场 磁感应强度磁感应强度 电流电流 、磁现象磁现象、磁感应强度、磁感应强度2 2)毕奥萨伐尔定律)毕奥萨伐尔定律 毕奥萨伐尔定
2、律毕奥萨伐尔定律及及应用应用、运动电荷的磁场、运动电荷的磁场3 3)磁场的高斯定理与安培环路定理)磁场的高斯定理与安培环路定理 磁通量、磁场的高斯定理、安培环路定理及应用磁通量、磁场的高斯定理、安培环路定理及应用4 4)磁场对载流导线与运动电荷的作用)磁场对载流导线与运动电荷的作用 安培定律安培定律、霍尔效应、霍尔效应第十五章第十五章 电流和磁场电流和磁场 电荷的携带者可以是自由电子、质子、正负离子,这些带电荷的携带者可以是自由电子、质子、正负离子,这些带电粒子亦称为电粒子亦称为载流子载流子。由带电粒子定向运动形成的电流叫做。由带电粒子定向运动形成的电流叫做传传导电流导电流。此外,带电物体作机
3、械运动时也能形成电流,这种电。此外,带电物体作机械运动时也能形成电流,这种电流叫做流叫做运流电流运流电流。电流的强弱用电流的强弱用电流强度电流强度I(简称(简称电流电流)来描述,定义为)来描述,定义为单位单位时间内通过某一截面的电荷时间内通过某一截面的电荷,即,即 15-1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度1、电流、电流 电流密度电流密度电流电流 大量大量电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。电流强度电流强度I 电流是七个基本物理量之一,其单位为安培电流是七个基本物理量之一,其单位为安培 (A)(A)。电流不。电流不是矢量,是标量。人们常说的是矢量,是标量。人们常说的“电流的方向电流的
4、方向”,只是指,只是指“正电正电荷的流向荷的流向”。电电流流强强度度的的概概念念描描述述的的是是通通过过导导体体某某个个横横截截面面的的电电流流的的整整体体特特征征,这这个个描描述述是是笼笼统统的的,但但在在解解决决一一般般的的电电路路问问题题时时,利利用用电电流流强强度度的的概概念念就就可可以以了了,但但在在有有些些实实际际问问题题中中,会会遇遇到到电电流通过大块导体的情形。流通过大块导体的情形。如:电镀、电阻法勘探、如:电镀、电阻法勘探、电流的趋肤效应等。电流的趋肤效应等。电流密度 j电流不电流不细致地描述电流在大块导体中的分布情况细致地描述电流在大块导体中的分布情况 电电流流密密度度矢矢
5、量量在在数数值值上上等等于于通通过过某某点点与与电电流流方方向向垂垂直直的的单单位截面上的电流。位截面上的电流。其方向为该点正电荷移动的方向。其方向为该点正电荷移动的方向。单位单位安培安培/米米2(A/m2)电电流流强强度度I是是电电流流密密度度j 的的通通量量:设设面面元元dS上上的的电电流流密密度度为为j,方方向与面元法线向与面元法线n方向成方向成 角,则通过该面元的电流为角,则通过该面元的电流为通过通过S面的电流为面的电流为即电流即电流I等于电流密度矢量穿过曲面等于电流密度矢量穿过曲面S上的通量。上的通量。dSSjn 人类对磁现象的认识与研究比电现象早的多,早在春秋时期人类对磁现象的认识
6、与研究比电现象早的多,早在春秋时期(公元前公元前6 6世纪世纪),我们的祖先就已有了,我们的祖先就已有了“磁石召铁磁石召铁”的记载的记载(见见管子管子)(注:天然磁石主要成分是(注:天然磁石主要成分是FeFe3 3O O4 4,现在所用磁铁多由,现在所用磁铁多由FeFe、CoCo、NiNi等由人工方法制成)等由人工方法制成);晋代发明了指南车;晋代发明了指南车(约约3-43-4世世纪纪);宋朝我国大科学家沈括发明了指南针,且将其用于航海。;宋朝我国大科学家沈括发明了指南针,且将其用于航海。司南勺司南勺 早期人们利用磁石进行实验,发现了早期人们利用磁石进行实验,发现了一些基本的结论。如一些基本的
7、结论。如:(1)磁铁具有磁铁具有N、S 极,磁极间有相互作用力极,磁极间有相互作用力-磁力,同磁力,同极相斥,异极相吸。极相斥,异极相吸。(2)地球也是个大磁地球也是个大磁场。场。(3)把磁铁作任意分割,每一小块都把磁铁作任意分割,每一小块都有南北两极,任一磁铁总是两极同时存有南北两极,任一磁铁总是两极同时存在等,但当时人们认为电与磁是两类毫在等,但当时人们认为电与磁是两类毫不相干的现象。不相干的现象。2、磁现象磁现象美丽的极光美丽的极光第十五章第十五章 电流和磁场电流和磁场第十五章第十五章 电流和磁场电流和磁场极光极光第十五章第十五章 电流和磁场电流和磁场18191819年,丹麦物理学家年,
8、丹麦物理学家奥斯特奥斯特奥斯特奥斯特在讲授电学和磁学课时发现了电在讲授电学和磁学课时发现了电流的磁效应流的磁效应 法国科学家安培(法国科学家安培(17751775 18361836)两条平行载流导线之间)两条平行载流导线之间存在相互作用,这些相互作用力均被称为存在相互作用,这些相互作用力均被称为磁力磁力。进一步的。进一步的研究表明,产生磁力的根源是运动电荷与运动电荷之间的相研究表明,产生磁力的根源是运动电荷与运动电荷之间的相互作用。互作用。我们知道,静止电荷之间的相互作用我们知道,静止电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。与此相似,运动电是通过电场来实现的。与此相似,运动电荷之间的相互作用则是
9、通过磁场来实现的。荷之间的相互作用则是通过磁场来实现的。一切运动电荷一切运动电荷(电流电流)都会在其周围空间激都会在其周围空间激发磁场,而此磁场又会对处于其中的另一发磁场,而此磁场又会对处于其中的另一些运动电荷些运动电荷(电流电流)施加磁力作用,其关系施加磁力作用,其关系为:为:运动电荷运动电荷(电流电流)磁场磁场 运动电荷运动电荷(电流电流)NS 为了解释物质的磁性,安培于为了解释物质的磁性,安培于18221822年提出了分子电流假说。年提出了分子电流假说。他认为,磁现象的根源是电流;宏观物质的内部存在有分子电他认为,磁现象的根源是电流;宏观物质的内部存在有分子电流,每个分子电流均有自己的效
10、应,物质的磁性就是这些分子流,每个分子电流均有自己的效应,物质的磁性就是这些分子电流对外表现出的磁效应的总和:当各分子电流取向倾向一致电流对外表现出的磁效应的总和:当各分子电流取向倾向一致时,物质便会对外表现出磁性;当各分子电流取向无规则时,时,物质便会对外表现出磁性;当各分子电流取向无规则时,各分子电流的磁效应相互抵消,物质便不对外表现出磁性。各分子电流的磁效应相互抵消,物质便不对外表现出磁性。安培的分子电流假说与现代的物质结构理安培的分子电流假说与现代的物质结构理论相符。物质结构理论指出,论相符。物质结构理论指出,切物质均由分切物质均由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核和核子组成,分子
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