物理课件第14章
87页1、1,第14章 稳恒电流的磁场,14.1 电流密度矢量 电动势 14.2 磁场 14.3 毕奥萨伐尔定律 14.4 安培环路定理 14.5 磁场对载流导线的作用力 14.6 带电粒子在电磁场中运动,司南勺 最早的指南器具,作业:1、2、3、4、5、6、7、8、11、12、14、18、19、20、22。,2,电磁学的学习特点,1. 与力学相比,电磁学的思路与学习方法不同,3,2. 与中学相比,加深了数学与物理的结合,高等数学的微积分、矢量代数的运用。,3. 电学与磁学相比,两者思路相似:,但概念的引入、公式的表达却不相似。,原因是没有单独的磁荷,学好电学是学好磁学的基础。,4,1.电流 电流电荷的定向运动。 载流子电子、质子、离子、空穴。,2.电流强度 单位时间通过导体某一横截面的电量。,方向:正电荷运动的方向 单位:安培(A),1 电流、电流密度矢量,5,几种典型的电流分布,粗细均匀的金属导体,粗细不均匀的金属导线,半球形接地电极附近的电流,电流密度,电阻法勘探矿藏时的电流,同轴电缆中的漏电流,6,电流强度对电流的描述比较粗糙:,如对横截面不等的导体,I 不能反映不同截面处及同一截面不同
2、位置处电流流动的情况。,引入电流密度矢量描写空间各点电流大小和方向的物理量。,7,某点的电流密度 方向:该点正电荷定向运动的方向。 大小:通过垂直于该点正电荷运动方向 的单位面积上的电流强度。,导体内每一点都有自己的 , = (x, y, z),即导体内存在一个 场 称电流场。 电流线:类似电力线,在电流场中可画电流线。,3. 电流密度 (Current density),8,4.电流密度和电流强度的关系,(1)通过面元dS的电流强度,dI = dS = dScos,(2)通过电流场中任一面积S的电流强度,电流强度是通过某一面积的电流密度的通量,9,由电荷守恒定律,单位时间内由S 流出的净电量应等于S 内电量的减少,电流连续性方程,电荷的运动可形成电流,也可引起空间电 荷分布的变化,在电流场内取一闭合面S,当有电荷从S面流入和流出时,则S面内的电荷相应发生变化。,恒定(稳恒)电流条件,10,5.欧姆定律的微分形式,在导体的电流场中设想取出一小圆柱体 (长dl、横截面dS),dU小柱体两端的电压 dI 小柱体中的电流强度,由欧姆定律 dU = dIR Edl = dS(dl /dS),
3、= (1/)E = E 电导率: = 1/,导体中任一点电流密度的方向(正电荷运动方向)和该点场强方向相同,有,欧姆定律的微分形式,11,1. 基本磁现象,2 磁场,早期的磁现象,(1) 天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。,(2) 条形磁铁两端磁性最强,称为磁极。一只能够在水平面内自由转动的条形磁铁,平衡时总是顺着南北指向。指北的一端称为北极或N极,指南的一端称为南极或S极。同性磁极相互排斥,异性磁极相互吸引。,(3)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在。,(4)某些本来不显磁性的物质,在接近或接触磁铁后就有了磁性,这种现象称为磁化。,磁现象与电现象有没有联系?,12,奥斯特早在读大学时就深受康德哲学思想(一元论)的影响,认为各种自然力都来自同一根源,可以相互转化。他认为电向磁的转化不是不可能的,关键是要找出转化的具体条件。寻找这两大自然力之间联系的思想,经常盘绕在他的头脑中。,1819年冬,奥斯特在哥本哈根开设了一个讲座,讲授电磁学方面的课题。在备课中,奥斯特分析了前人在电流方向上寻找磁效应都未成功的事实,想到磁效应可能像电流通过导线产生热和光那样是向四周散射
4、的,即是一种横向力,而不是纵向的。,1820年4月的一天晚上,奥斯特在讲课快结束时,他说:让我把导线与磁针平行放置来试试看。当他接通电源时,他发现小磁针微微动了一下。这一现象使奥斯特又惊又喜,他紧紧抓住这一现象,连续进行了3个月的实验研究,终于在1820年7月21日发表了题为关于磁针上的电流碰撞的实验的论文。这篇仅用了4页纸的论文,是一篇极其简洁的实验报告。,13,奥斯特在报告中讲述了他的实验装置和60多个实验的结果,从实验总结出:电流的作用仅存在于载流导线的周围;沿着螺纹方向垂直于导线;电流对磁针的作用可以穿过各种不同的介质;作用的强弱决定于介质,也决定于导线到磁针的距离和电流的强弱;铜和其他一些材料做的针不受电流作用;通电的环形导体相当于一个磁针,具有两个磁极,等等。,奥斯特发现的电流磁效应,是科学史上的重大发现。它立即引起了那些懂得它的重要性和价值的人们的注意。在这一重大发现之后,一系列的新发现接连出现。两个月后安培发现了电流间的相互作用,阿拉果制成了第一个电磁铁,施魏格发明电流计等。安培曾写道:“奥斯特先生已经永远把他的名字和一个新纪元联系在一起了。”奥斯特的发现揭开了物理学史
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