普通物理電磁學(xué)

第十二章磁場的源基本磁現(xiàn)象前言——基本磁現(xiàn)象1.磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：2.早期發(fā)現(xiàn)的磁現(xiàn)象限于磁鐵間的相互作用：

（1）磁性：天然磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì)。

（2）磁極：任何磁體都有磁性最強(qiáng)的兩個(gè)區(qū)域（兩端）稱為磁極。分別為指北極（N），指南極（S）。SN

（3）磁力：兩塊磁鐵棒的磁極間有相互作用力，稱為磁力?！巴瑯O相斥，異極相吸。”

（4）鐵磁質(zhì)：鐵、鈷、鎳及其某些合金能被磁鐵吸引，這些物質(zhì)叫鐵磁質(zhì)。

（5）人造磁鐵：用特殊工藝使鐵磁質(zhì)得到磁性且長期保留，即成為人造磁鐵。SNSN磁鐵間的相互作用ISN電流對(duì)磁鐵的作用IIFF電流與電流之間的相互作用電子束NS+磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用1785年電學(xué)最高成就-----庫侖定律:電靜力學(xué)的基礎(chǔ)19世紀(jì)從認(rèn)識(shí)電磁的內(nèi)在統(tǒng)一性導(dǎo)致電磁學(xué)的大發(fā)展引言引言1785年電學(xué)最高成就-----庫侖定律:靜電力學(xué)的基礎(chǔ)19世紀(jì)從認(rèn)識(shí)電磁的內(nèi)在統(tǒng)一性導(dǎo)致電磁學(xué)的大發(fā)展SN奧斯特1820年4月發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁鐵的作用7月論文發(fā)表，轟動(dòng)歐洲科學(xué)界I安培

8月得知后第二天重復(fù)實(shí)驗(yàn)一周后提交論文:磁針指向與電流方向用右手法則判定一周后提交論文:磁針指向與電流方向用右手法則判定安培

8月得知后第二天重復(fù)實(shí)驗(yàn)再一周第二篇論文:平行載流導(dǎo)線間的相互作用同年底提出安培定律:電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)IIFF1821年初,安培進(jìn)一步提出分子電流假說:

物體內(nèi)部的每一個(gè)分子中都存在回旋電流,因而構(gòu)成了物體的宏觀磁性。

法拉第

1931年實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律

1934年發(fā)現(xiàn)自感。天才地創(chuàng)造了“場”和“力線”的圖景1832年給皇家學(xué)會(huì)的信：“我認(rèn)為，磁力從磁極出發(fā)的傳播類似于起波紋的水面的振動(dòng)或者空氣粒子的聲振動(dòng)…….”預(yù)言了電磁波的存在1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子(陰極射線),得證。

靜止電荷

靜電場

電荷運(yùn)動(dòng)電荷

電場

電荷

磁場

運(yùn)動(dòng)電荷++v'vFmFFFmee電力電力磁力磁力所有磁現(xiàn)象都可歸納為：

運(yùn)動(dòng)電荷

運(yùn)動(dòng)電荷B

A磁現(xiàn)象的電本質(zhì)：磁起源于運(yùn)動(dòng)的電運(yùn)動(dòng)電荷在另一運(yùn)動(dòng)電荷周圍運(yùn)動(dòng)所受力：F=Fe+Fm作A的磁場產(chǎn)生于用B的磁場作產(chǎn)生于用靜靜動(dòng)動(dòng)EqFrr=EqFrr=EqFrr=源電荷：定義磁場洛侖茲力磁場（magneticfield）：產(chǎn)生磁力的場叫磁場。

磁場的對(duì)外表現(xiàn)：①磁場對(duì)引入磁場中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用。②載流導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)磁力對(duì)之作功。分子電流假說（1822年，安培假說）

永久磁鐵（磁性物質(zhì)）由分子原子構(gòu)成。在分子內(nèi)部，電子和質(zhì)子等帶電粒子的運(yùn)動(dòng)形成微小的回路電流，稱為分子電流。分子電流相當(dāng)于基元磁鐵，物質(zhì)的磁性決定于物質(zhì)中的分子電流。結(jié)論磁力是運(yùn)動(dòng)電荷之間相互作用的表現(xiàn)。二、磁場與磁感應(yīng)強(qiáng)度

未發(fā)現(xiàn)磁電現(xiàn)象聯(lián)系之前，利用磁場對(duì)磁極的作用描述磁場。

已發(fā)現(xiàn)磁電現(xiàn)象聯(lián)系之后，用磁場對(duì)載流導(dǎo)線的作用描述磁場，或用運(yùn)動(dòng)電荷受的磁力來描述磁場。

實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)電量為q

，速度為

的帶電粒子在另外的運(yùn)動(dòng)電荷周圍運(yùn)動(dòng)時(shí)，除受到一與速度無關(guān)的力，即電場力作用外，還受到一種與速度有關(guān)的力，稱為洛侖茲力。+NS實(shí)驗(yàn)：BFv實(shí)驗(yàn)：N++SBFvvBF得到：磁場力

F=q2.磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B

1特斯拉=1N?A-1?M-1NF=qBvsin比例系數(shù)B由空間位置決定，與q無關(guān)++S實(shí)驗(yàn)：磁力垂直于磁針指向與速度組成的平面力的大小

qvsin實(shí)驗(yàn)：v×BBBvvFFFvB（1）洛侖茲力+●q式中電場力磁場力

這個(gè)與速度有關(guān)的力，叫洛侖茲力。來源于另外的運(yùn)動(dòng)電荷的場——磁場。式中矢量

是由此式定義的描述磁場本身性質(zhì)的矢量，叫磁感（應(yīng)）強(qiáng)度。（2）磁感（應(yīng)）強(qiáng)度根據(jù)洛侖茲力公式：

可用實(shí)驗(yàn)方法測定洛侖茲力，

則q所在處磁感強(qiáng)度的大小和方向由式?jīng)Q定。大小：α為速度與磁場之間的夾角。方向：

當(dāng)帶電粒子q在磁場中沿某一方向（或其反方向）通過P點(diǎn)時(shí)受磁力為零，定義該方向（或其反方向）為P點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。的單位（SI）為特（斯拉）tesla，符號(hào)為“T”其它常用的單位：高斯，符號(hào)為“G”。1T=104G3.磁場的疊加原理

產(chǎn)生磁場的運(yùn)動(dòng)電荷或電流稱為磁場的源，若干個(gè)磁場的源產(chǎn)生的磁場服從疊加原理:

（1）定義：①線上某點(diǎn)的切線方向，即為該點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向。線a●b●②線的疏密表示磁感強(qiáng)度的大小。即：在磁場中任一點(diǎn)，通過與該處磁感強(qiáng)度方向垂直的單位面積的線的條數(shù)（數(shù)密度）等于該點(diǎn)磁感強(qiáng)度的大小。

（2）不同形狀電流的磁力線S⊥磁力線II長直線電流的磁力線圓電流的磁力線B=π2μoaIaRB圓心=2RμoIB一些典型的磁感應(yīng)線的分布：直線電流的磁感線圓形電流的磁感線直螺線管電流的磁感線環(huán)形螺線管電流的磁感線II通電螺線管的磁力線NSθ

線的特點(diǎn)（性質(zhì)）：①任何兩條線不會(huì)相交；②每一條線都是閉合曲線；③線和閉合電流回路互相套連，線方向與I

方向服從右手螺旋法則。II5.磁通量（magneticflux）（1）定義：通過磁場中某一給定曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)，稱為通過該曲面的磁感通量，簡稱磁通量，以Φm

表示。非均勻電場中，任意曲面S，S取小面元dS，作磁力線規(guī)定：通過任意曲面S的磁通量：