載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)

載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日所有dB的方向相同，所以P點(diǎn)的的大小為：按畢奧—薩伐爾定律有：載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日由幾何關(guān)系有：載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日考慮三種情況：

(1)導(dǎo)線無限長(zhǎng)，即(2)導(dǎo)線半無限長(zhǎng)，場(chǎng)點(diǎn)與一端的連線垂直于導(dǎo)線(3)P點(diǎn)位于導(dǎo)線延長(zhǎng)線上，B=0載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日2.載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)在場(chǎng)點(diǎn)P的磁感強(qiáng)度大小為設(shè)有圓形線圈L，半徑為R，通以電流I。第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日

各電流元的磁場(chǎng)方向不相同，可分解為和，由于圓電流具有對(duì)稱性，其電流元的逐對(duì)抵消，所以P點(diǎn)的大小為：載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日（1）在圓心處討論：（2）在遠(yuǎn)離線圈處載流線圈的磁矩引入載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日3.載流直螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)

設(shè)螺線管的半徑為R，電流為I，每單位長(zhǎng)度有線圈n匝。R第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日

由于每匝可作平面線圈處理，ndl匝線圈可作Indl的一個(gè)圓電流，在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度：R載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日R載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日討論：

實(shí)際上，L>>R時(shí)，螺線管內(nèi)部的磁場(chǎng)近似均勻，大小為（1）螺線管無限長(zhǎng)（2）半無限長(zhǎng)螺線管的端點(diǎn)圓心處載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日例一個(gè)半徑R為的塑料薄圓盤，電量+q均勻分布其上，圓盤以角速度繞通過盤心并與盤面垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。求圓盤中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：帶電圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)形成圓電流，取距盤心r處寬度為dr的圓環(huán)作圓電流，電流強(qiáng)度：++++++++++++++o返回載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日例題11-1亥姆霍茲線圈在實(shí)驗(yàn)室中，常應(yīng)用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生所需的不太強(qiáng)的均勻磁場(chǎng)。特征是由一對(duì)相同半徑的同軸載流線圈組成，當(dāng)它們之間的距離等于它們的半徑時(shí)，試計(jì)算兩線圈中心處和軸線上中點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。從計(jì)算結(jié)果將看到，這時(shí)在兩線圈間軸線上中點(diǎn)附近的場(chǎng)強(qiáng)是近似均勻的。RO1RQ1PO2Q2R解設(shè)兩個(gè)線圈的半徑為R，各有N匝，每匝中的電流均為I，且流向相同（如圖）。兩線圈在軸線上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向均沿軸線向右，在圓心O1、O2處磁感應(yīng)強(qiáng)度相等，大小都是載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日兩線圈間軸線上中點(diǎn)P處，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日此外，在P點(diǎn)兩側(cè)各R/4處的O1、O2兩點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度都等于載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日在線圈軸線上其他各點(diǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的量值都介乎B0、BP之間。由此可見，在P點(diǎn)附近軸線上的場(chǎng)強(qiáng)基本上是均勻的，其分布情況約如圖所示。圖中虛線是每個(gè)圓形載流線圈在軸線上所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)分布，實(shí)線是代表兩線圈所激發(fā)場(chǎng)強(qiáng)的疊加曲線。O1Q1PQ2O2載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日例題11-2在玻爾的氫原子模型中，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)圓電流，具有相應(yīng)的磁矩，稱為軌道磁矩。試求軌道磁矩μ與軌道角動(dòng)量L之間的關(guān)系，并計(jì)算氫原子在基態(tài)時(shí)電子的軌道磁矩。解為簡(jiǎn)單起見，設(shè)電子繞核作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，圓的半徑為r，轉(zhuǎn)速為n。電子的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)圓電流，電流的量值為I=ne，圓電流的面積為S=πr2，所以相應(yīng)的磁矩為載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日角動(dòng)量和磁矩的方向可分別按右手螺旋規(guī)則確定。因?yàn)殡娮舆\(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，所以L和μ的方向恰好相反，如圖所示。上式關(guān)系寫成矢量式為這一經(jīng)典結(jié)論與量子理論導(dǎo)出的結(jié)果相符。由于電子的軌道角動(dòng)量是滿足量子化條件的，在玻爾理論中，其量值等于（h/2π）d的整數(shù)倍。所以氫原子在基態(tài)時(shí)，其軌道磁矩為L(zhǎng)載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日它是軌道磁矩的最小單位（稱為玻爾磁子）。將e=1.60210-19C，me=9.1110-31kg，普朗克常量h=6.62610-34J·s代入，可算得原子中的電子除沿軌道運(yùn)動(dòng)外，還有自旋，電子的自旋是一種量子現(xiàn)象，它有自己的磁矩和角動(dòng)量，電子自旋磁矩的量值等于玻爾磁子。載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)第20頁，共21頁，2023年，2月20日，星期日它是軌道磁矩的最小單位（稱為玻爾磁子）。將e=1.60210-19C，me=9.1110-31kg，普朗克常量h=6.