第七、八章恒定磁场和电磁感应教材课件.ppt
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1、静电荷,运动电荷,稳恒电流,第七章 恒定磁场,一、基本磁现象,电流的磁效应,天然磁石,chap71、2 磁场 磁感应强度,磁现象:1、天然磁体周围有磁场;2、载流导线周围有磁场;3、电子束周围有磁场。,表现为:使小磁针偏转,表现为:相互吸引排斥偏转等,4、载流导线能使小磁针偏转;5、磁体的磁场能给载流导线以力的作用;6、载流导线之间有力的作用;7、磁体的磁场能给载流线圈以力矩作用;8、载流线圈之间有力的作用;9、天然磁体能使电子束偏转。,安培指出:,天然磁性的产生也是由于磁体内部有电流流动。,分子电流(1822年),电荷的运动是一切磁现象的根源。,二、磁感应强度,电流(或磁铁),磁场,电流(或
2、磁铁),磁场对外的重要表现为:,1、磁场对处于场中的运动电荷或载流导体有磁力作用,2、载流导体在磁场中移动时,磁力将对载流导体作功,表明磁场具有能量。,方向:小磁针在该点的N极指向,单位:T(特斯拉),大小:,磁感应强度,三、毕奥-萨伐尔定律,1、稳恒电流的磁场,电流元,对一段载流导线,方向判断:的方向垂直于电流元 与 组成的平面,和 及 三矢量满足矢量叉乘关系。,毕奥-萨伐尔定律,四、毕奥-萨伐尔定律的应用,1.载流直导线的磁场,已知:真空中I、1、2、a,建立坐标系OXY,任取电流元,大小,方向,统一积分变量,1)无限长载流直导线,2)半无限长载流直导线,3)直导线延长线上,2.圆型电流轴
3、线上的磁场,已知:R、I,求轴线上P点的磁感应强度。,建立坐标系OXY,任取电流元,分析对称性、写出分量式,大小,方向,统一积分变量,结论,载流圆环,载流圆弧,圆心角,圆心角,例1、无限长载流直导线弯成如图形状,求:P、R、S、T四点的,解:P点,方向,R点,方向,S点,方向,方向,T点,方向,方向,方向,方向,例2、均匀带电圆环,求圆心处的,解:,带电体转动,形成运流电流。,练习,求角平分线上的,已知:I、c,解:,同理,方向,所以,方向,练习,一、磁力线(磁感应线),方向:切线,大小:,Chap7-3 磁通量 磁场中的高斯定理,直线电流的磁力线,圆电流的磁力线,通电螺线管的磁力线,1、每一
4、条磁力线都是环绕电流的闭合曲线,都与闭合电路互相套合,因此磁场是涡旋场。磁力线是无头无尾的闭合回线。,2、任意两条磁力线在空间不相交。,3、磁力线的环绕方向与电流方向之间可以分别用右手定则表示。,二、磁通量穿过磁场中任一曲面的磁力线的条数,三、磁场中的高斯定理,穿过任意闭合曲面的磁通量为零,磁场是无源场。,课堂练习,例2、两平行载流直导线,过图中矩形的磁通量,解:I1、I2在A点的磁场,l,如图取微元,一、安培环路定理,静电场,1、圆形积分回路,chap74 磁场中的安培环路定理,磁 场,2、任意积分回路,3、回路不环绕电流,安培环路定理,说明:电流取正时与环路成右旋关系,如图,在真空中的稳恒
5、电流磁场中,磁感应强度 沿任意闭合曲线的线积分(也称 的环流),等于穿过该闭合曲线的所有电流强度(即穿过以闭合曲线为边界的任意曲面的电流强度)的代数和的 倍。即:,环路所包围的电流,不变,不变,改变,磁场没有保守性,它是非保守场,或无势场,电场有保守性,它是保守场,或有势场,电力线起于正电荷、止于负电荷。静电场是有源场,磁力线闭合、无自由磁荷磁场是无源场,二、安培环路定理的应用,当场源分布具有高度对称性时,利用安培环路定理计算磁感应强度,1.无限长载流圆柱导体的磁场分布,分析对称性,电流分布轴对称,磁场分布轴对称,已知:I、R电流沿轴向,在截面上均匀分布,的方向判断如下:,作积分环路并计算环流
6、,如图,利用安培环路定理求,作积分环路并计算环流,如图,利用安培环路定理求,结论:无限长载流圆柱导体。已知:I、R,讨论:长直载流圆柱面。已知:I、R,练习:同轴的两筒状导线通有等值反向的电流I,求 的分布。,电场、磁场中典型结论的比较,已知:I、n(单位长度导线匝数),分析对称性,管内磁力线平行于管轴,管外靠近管壁处磁场为零,2.长直载流螺线管的磁场分布,计算环流,利用安培环路定理求,已知:I、N、R1、R2 N导线总匝数,分析对称性,磁力线分布如图,作积分回路如图,方向,3.环形载流螺线管的磁场分布,计算环流,利用安培环路定理求,已知:导线中电流强度 I 单位长度导线匝数n,分析对称性,磁
7、力线如图,作积分回路如图,ab、cd与导体板等距,4.无限大载流导体薄板的磁场分布,计算环流,板上下两侧为均匀磁场,利用安培环路定理求,讨论:如图,两块无限大载流导体薄板平行放置。通有相反方向的电流。求磁场分布。,已知:导线中电流强度 I、单位长度导线匝数n,练习:如图,螺绕环截面为矩形,外半径与内半径之比,高,导线总匝数,求:,1.磁感应强度的分布,2.通过截面的磁通量,解:,1.,chap75 磁场对载流导线的作用,一、安培定律,安培力:电流元在磁场中受到的磁力,安培定律,方向判断 右手螺旋,载流导线受到的磁力,大小,取电流元,受力大小,方向,积分,结论,方向,均匀磁场中载流直导线所受安培
8、力,例、均匀磁场中任意形状导线所受的作用力,受力大小,方向如图所示,建坐标系取分量,积分,取电流元,推论在均匀磁场中任意形状闭合载流线圈受合力为零,练习 如图 求半圆导线所受安培力,方向竖直向上,解:,例:求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流 导线ab的作用力。已知:I1、I2、d、L,二、磁场对载流线圈的作用,如果线圈为N匝,讨论,(1),(2),(3),三、磁力的功,1.载流导线在磁场中运动时磁力所做的功,2.载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功,例:一半径为R的半圆形闭合线圈,通有电流I,线圈放在均匀外磁场B中,B的方向与线圈平面成300角,如右图,设线圈有N匝,问:,(1)线圈的磁矩
9、是多少?(2)此时线圈所受力矩的大小和方向?(3)图示位置转至平衡位置时,磁力矩作功是多少?,解:(1)线圈的磁矩,pm的方向与B成600夹角,可见,磁力矩作正功,磁力矩的方向由 确定,为垂直于B的方向向上。即从上往下俯视,线圈是逆时针,(2)此时线圈所受力矩的大小为,(3)线圈旋转时,磁力矩作功为,一、磁介质的分类,磁介质能与磁场产生相互作用的物质,磁化磁介质在磁场作用下所发生的变化,(1)顺磁质,(3)铁磁质,(2)抗磁质,(4)超导体,根据 的大小和方向可将磁介质分为四大类,附加磁场,chap77 磁场中的磁介质,二、磁化强度、磁场强度、磁感应强度的关系,介质的磁导率,电介质中的高斯定理
10、,磁介质中的安培环路定理,例1 一环形螺线管,管内充满磁导率为,相对磁导率为r的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。单位长度上的导线匝数为n。求:环内的磁场强度和磁感应强度,解:,例2 一无限长载流圆柱体,通有电流I,设电流 I 均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为,柱外为真空。求:柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。,解:,在分界面上H 连续,B 不连续,电 流,磁 场,电磁感应,感应电流,1831年法拉第,问题的提出,第八章 电磁感应 电磁场,本章重点:,(1)电磁感应定律动生、感生、自感、互感等,(2)磁场的能量,Chap 81 电磁感应定律,一.法拉第电磁感应定律,当通过回路的磁通
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