《物理第十三章电流和磁场幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理第十三章电流和磁场幻灯片.ppt（81页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、物理课件第十三章电流和磁场第1页，共81页，编辑于2022年，星期日 静电场中的导体处于静电平衡时，导体是个等势体，其内静电场中的导体处于静电平衡时，导体是个等势体，其内部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。部的场强为零，内部没有电荷作定向的宏观运动。如果把导体接在电源的两极上，则如果把导体接在电源的两极上，则导体内任意两点之间将维持恒定的电势导体内任意两点之间将维持恒定的电势差，在导体内维持一个电场，导体内的差，在导体内维持一个电场，导体内的电荷在电场力的作用下作宏观的定向运电荷在电场力的作用下作宏观的定向运动，形成动，形成电流电流。Uv第2页，共81页，编辑于2022年，星期日一一.
2、电流电流 13.1 电流和电流密度电流和电流密度1.电流：电流：导体中带电粒子（导体中带电粒子（载流子载流子）的定向运动。）的定向运动。2.2.形成电流的条件形成电流的条件:1)导体中有载流子：导体中有载流子：2)导体中有电场存在或导体两端有电势差。导体中有电场存在或导体两端有电势差。在半导体中是电子或空穴在半导体中是电子或空穴在金属中是电子在金属中是电子在电解质溶液中是离子在电解质溶液中是离子二、电流的方向二、电流的方向SI正电荷移动的方向定义为电流的方向正电荷移动的方向定义为电流的方向电流的方向与自由电子移动的方向是相反电流的方向与自由电子移动的方向是相反的。的。第3页，共81页，编辑于2
3、022年，星期日电流强度：电流强度：单位时间内通过导体某一截面的电量。单位时间内通过导体某一截面的电量。是表示是表示电流强弱的物理量电流强弱的物理量。I为标量。为标量。单位：单位：1A=1C/s三三.电流强度电流强度四四.电流密度矢量电流密度矢量电阻法勘探矿藏时的电阻法勘探矿藏时的电流分布电流分布描述导体中电流场分布或描述导体中电流场分布或导体导体中某一点的电荷定向运动情中某一点的电荷定向运动情况况的物理量的物理量第4页，共81页，编辑于2022年，星期日1.电流密度电流密度:电流密度矢量电流密度矢量的的方向方向为空间某点处为空间某点处正电荷的运动方向正电荷的运动方向,它的它的大小大小等于通过
4、该点垂直于电荷运动方向的单位截面上所的电流。等于通过该点垂直于电荷运动方向的单位截面上所的电流。通过面元通过面元dSdS的电流的电流面元面元dSdS处处电流密度电流密度第5页，共81页，编辑于2022年，星期日对一有限的面对一有限的面S S：2.2.电流密度与载流子的运动速度的关系电流密度与载流子的运动速度的关系IdSvvnrvdt设导体中每个载流子带电为设导体中每个载流子带电为q q,载流子密度为载流子密度为n n，载流子的平，载流子的平均速度（漂移速度）为均速度（漂移速度）为 ，则，则dtdt时间内通过垂直于运动方向时间内通过垂直于运动方向的面元的面元 的电量为：的电量为：电流强度就是电流
5、密度通电流强度就是电流密度通过某截面的通量。过某截面的通量。第6页，共81页，编辑于2022年，星期日根据根据电荷守恒定律电荷守恒定律，在单位时间内通过闭合曲在单位时间内通过闭合曲面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时面向外流出的电荷，等于此闭合曲面内单位时间所减少的电荷间所减少的电荷对于任意一个闭合曲面，净流出闭合曲面的电流等于单位时间内对于任意一个闭合曲面，净流出闭合曲面的电流等于单位时间内从闭合曲面向外流出的电荷，即为从闭合曲面向外流出的电荷，即为五五.电流的连续性方程电流的连续性方程（电流连续性方程）（电流连续性方程）第7页，共81页，编辑于2022年，星期日电流连续性方程的物理意义
6、：电流连续性方程的物理意义：电流线是终止或发出于电荷发生变化的地方。电流线是终止或发出于电荷发生变化的地方。如果闭合曲面如果闭合曲面S内有正电荷积累起来，则流入内有正电荷积累起来，则流入S面面内的电荷量多于流出的电荷量，即进入内的电荷量多于流出的电荷量，即进入S面的电流线面的电流线多于从多于从S面出发的电流线，所多余的电流线便终止于面出发的电流线，所多余的电流线便终止于正电荷积累的地方。正电荷积累的地方。电流连续性方程电流连续性方程第8页，共81页，编辑于2022年，星期日六、恒定电流：六、恒定电流：导体内各处电流密度不随时间改变的电流。导体内各处电流密度不随时间改变的电流。稳恒电流的电流线不
7、可能在任何地稳恒电流的电流线不可能在任何地方中断，永远是连续的曲线。方中断，永远是连续的曲线。通过导体任意截面的电流是恒定的通过导体任意截面的电流是恒定的恒定电流恒定电流稳恒电流的电路必须是闭合的。稳恒电流的电路必须是闭合的。第9页，共81页，编辑于2022年，星期日几种典型的电流分布几种典型的电流分布粗细均匀的金粗细均匀的金属导体属导体粗细不均匀的粗细不均匀的金属导线金属导线电流密度电流密度 电流线电流线:形象反映导体中电流的分布。形象反映导体中电流的分布。第10页，共81页，编辑于2022年，星期日同轴电缆中的同轴电缆中的漏电流漏电流半球形接地电极附半球形接地电极附近的电流近的电流几种典型
8、的电流分布几种典型的电流分布第11页，共81页，编辑于2022年，星期日 1900年特鲁德（年特鲁德（P.Drude）首先提出用金属中自由电子的运）首先提出用金属中自由电子的运动来解释金属导电性问题，以后洛伦兹进一步发展了特鲁德的概动来解释金属导电性问题，以后洛伦兹进一步发展了特鲁德的概念，建立了金属的经典电子理论。念，建立了金属的经典电子理论。金属导电的经典电子理论的基本框架金属导电的经典电子理论的基本框架金属导电的经典电子理论的基本框架金属导电的经典电子理论的基本框架金属中的正离子按一定的方式排列为晶格；金属中的正离子按一定的方式排列为晶格；从原子中分离出来的外层电子成为自由电子；从原子中
9、分离出来的外层电子成为自由电子；自由电子的性质与理想气体中的分子相似，形成自由电子的性质与理想气体中的分子相似，形成 自由电子气；自由电子气；大量自由电子的定向漂移形成电流。大量自由电子的定向漂移形成电流。13.2 电流的一种经典微观图像电流的一种经典微观图像第12页，共81页，编辑于2022年，星期日+金属中的离子与自由电子示意图金属中的离子与自由电子示意图第13页，共81页，编辑于2022年，星期日 当金属中有电场时，每个自由电子都因受到当金属中有电场时，每个自由电子都因受到电场力的作用而加速电场力的作用而加速，即在无规则的热运动上叠加一，即在无规则的热运动上叠加一个个定向运动定向运动。自
10、由电子在运动过程中频繁地与晶格碰撞，自由电子在运动过程中频繁地与晶格碰撞，碰后电子向各个方向运动的几率相等。因此可认为碰后电子向各个方向运动的几率相等。因此可认为每个电子在相邻两次碰撞间做初速为零匀加速直线运动。每个电子在相邻两次碰撞间做初速为零匀加速直线运动。大量自由电子的统计平均，就是大量自由电子的统计平均，就是以平均定向以平均定向漂移速度漂移速度 逆着电场线漂移。逆着电场线漂移。金属中的自由电子在电场中的运动金属中的自由电子在电场中的运动金属中的自由电子在电场中的运动金属中的自由电子在电场中的运动第14页，共81页，编辑于2022年，星期日13.2 电流的一种经典微观图像电流的一种经典微
11、观图像一一.经典微观图像经典微观图像结论：结论：自由电子的定向运动是一段一自由电子的定向运动是一段一段加速运动的接替，各段加速运动都段加速运动的接替，各段加速运动都是从定向速度为零开始。是从定向速度为零开始。第15页，共81页，编辑于2022年，星期日二二.欧姆定律及其微分形式欧姆定律及其微分形式1.1.欧姆定律：欧姆定律：URI+_均匀电路的欧姆定律：均匀电路的欧姆定律：一段导线中的电流一段导线中的电流I I 与其两端的电势差与其两端的电势差U U 成正比成正比r r：电阻率：电阻率 =1/r r：电导率：电导率均匀均匀第16页，共81页，编辑于2022年，星期日在导体中取一长为在导体中取一
12、长为dl、横截面积为、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的轴线与的小圆柱体，圆柱体的轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为U和和U+dU。根据欧姆定。根据欧姆定律，通过截面律，通过截面dS的电流为的电流为dSUU+dUdl欧姆定律的微分形式：欧姆定律的微分形式：通过导体中任一点的电流密通过导体中任一点的电流密度，等于该点的场强与导体度，等于该点的场强与导体的电阻率之比值的电阻率之比值2.2.欧姆定律的微分形式：欧姆定律的微分形式：dIdI第17页，共81页，编辑于2022年，星期日3.恒定电场：恒定电场：由不随时间改变的电荷分布产生的不随时间由不随
13、时间改变的电荷分布产生的不随时间改变的电场，即：改变的电场，即：恒定电场的性质：恒定电场的性质：具有与静电场类似的性质具有与静电场类似的性质（高斯定理和环高斯定理和环路定理）路定理）。4.4.电源电源 电动势电动势e,rRI+在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力，必须有非静电力在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电力，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差。这种差。这种能够提供非静电力的装置叫作电源能够提供非静电力的装置叫作电源。电源的作用是把其。电源的作用是把其它形式的能量转变为电能。它形式的能量转变为
14、电能。第18页，共81页，编辑于2022年，星期日第19页，共81页，编辑于2022年，星期日 非静电力非静电力:能不断分离正负电荷能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动使正电荷逆静电场力方向运动.电源电源：提供非静电力的装置：提供非静电力的装置.非静电非静电电场强度电场强度 :为单位为单位正电荷所受的非静电力正电荷所受的非静电力.电动势的定义：电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功非静电力所做的功.+-电动势电动势+第20页，共81页，编辑于2022年，星期日 电源电动势大小电源电动势大小等于将单位正电荷从负极经电源内部等于将单位正电
15、荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功移至正极时非静电力所作的功.电源电动势电源电动势说明：说明：电动势是标量，但有方向；其方向为电源内部电势升高的方向，即从负电动势是标量，但有方向；其方向为电源内部电势升高的方向，即从负极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。极经电源内部到正极的方向为电动势的方向。电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。电动势的大小只取决于电源本身的性质，而与外电路无关。电动势的单位为伏特。电动势的单位为伏特。电源内部也有电阻，称为内阻。电源内部也有电阻，称为内阻。第21页，共81页，编辑于2022年，星期日13.3 磁力与电荷的运动磁力与电荷的运动一一.
16、几种磁的基本现象几种磁的基本现象1.磁极与磁极之间磁极与磁极之间第22页，共81页，编辑于2022年，星期日同极相斥、异极相吸。同极相斥、异极相吸。第23页，共81页，编辑于2022年，星期日2.2.电流与磁极之间电流与磁极之间N NS S 在载流导线附近的小磁针会发生偏转。在载流导线附近的小磁针会发生偏转。在载流导线附近的小磁针会发生偏转。在载流导线附近的小磁针会发生偏转。I I （1 1）奥斯特实验（）奥斯特实验（18191819年）年）第24页，共81页，编辑于2022年，星期日 （2 2）安培实验（）安培实验（18201820年）年）SNFI磁体附近的载流导线或线圈受到力的作用而发生运
17、动。磁体附近的载流导线或线圈受到力的作用而发生运动。磁体附近的载流导线或线圈受到力的作用而发生运动。磁体附近的载流导线或线圈受到力的作用而发生运动。第25页，共81页，编辑于2022年，星期日3.3.电流与电流之间存在相互作用：电流与电流之间存在相互作用：I II I+-I II I+-第26页，共81页，编辑于2022年，星期日S+4.4.磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用电子束电子束N第27页，共81页，编辑于2022年，星期日5、螺线管与磁铁相互作用时显示出、螺线管与磁铁相互作用时显示出N极和极和S极极 实验表明载流螺线管相实验表明载流螺线管相实验表明载流螺线管相实验表明载流螺线管
18、相当于磁棒，螺线管的极当于磁棒，螺线管的极当于磁棒，螺线管的极当于磁棒，螺线管的极性与电流成右手螺旋关性与电流成右手螺旋关性与电流成右手螺旋关性与电流成右手螺旋关系系系系第28页，共81页，编辑于2022年，星期日磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。分子环流假说（安培、分子环流假说（安培、分子环流假说（安培、分子环流假说（安培、18211821年）：年）：年）：年）：磁块是由分子和原子组成的。磁块是由分子和原子组成的。在分子内部，电子和质子等带电粒子的运动也形成微小的电流。在分子内部，电子和质子等带电粒子的运动也形成微小的电流。物质的磁性取定于物质中分子电流
19、的磁效应之总和。物质的磁性取定于物质中分子电流的磁效应之总和。二二.磁现象的本质磁现象的本质“分子分子分子分子”电流电流电流电流第29页，共81页，编辑于2022年，星期日13.4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度一一.磁场磁场1.1.磁相互作用的场的观点磁相互作用的场的观点 运动电荷运动电荷磁场磁场运动电荷运动电荷2.2.磁场：磁场：运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。运动电荷（电流）周围空间存在的一种场。3.3.磁场的的基本性质：磁场的的基本性质：对处在磁场中的运动电荷（电流）产对处在磁场中的运动电荷（电流）产生力的作用生力的作用 电电场场中中，无无论论电电荷荷是是静静止止，还还是是运运
20、动动都都存存在在着着库库仑仑作作用用，磁磁场中，场中，只有运动的电荷之间才存在着磁相互作用只有运动的电荷之间才存在着磁相互作用第30页，共81页，编辑于2022年，星期日二二.磁感应强度磁感应强度1.1.运动电荷受运动电荷的力运动电荷受运动电荷的力q q0 0第31页，共81页，编辑于2022年，星期日实验证明：实验证明：（1 1）洛伦兹力大小）洛伦兹力大小 qBvFm第32页，共81页，编辑于2022年，星期日（2 2）洛伦兹力方向）洛伦兹力方向 qBvFm的方向的方向 第33页，共81页，编辑于2022年，星期日具有具有大小大小又有又有方向方向的物理量来描述磁场强弱的物理量来描述磁场强弱实
21、验：运动电荷在磁场中的受力情况实验：运动电荷在磁场中的受力情况磁场力磁场力F与运动电荷的电量与运动电荷的电量q和速度和速度v以及电荷的运以及电荷的运动方向有关，且垂直于速度的方向。动方向有关，且垂直于速度的方向。在磁场中的任一点存在一个在磁场中的任一点存在一个特殊的方向特殊的方向，当，当电荷沿此方向或其反方向运动时所受的磁场电荷沿此方向或其反方向运动时所受的磁场力为零。力为零。在磁场中的任一点，当电荷沿与上述方向垂直在磁场中的任一点，当电荷沿与上述方向垂直的方向运动时，电荷所受到的磁场力最大（计为的方向运动时，电荷所受到的磁场力最大（计为Fmax），），Fmax/qv是与是与q、v无关的确定值
22、。无关的确定值。q2.2.磁感应强度磁感应强度第34页，共81页，编辑于2022年，星期日定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的大小：定义磁感应强度的方向：定义磁感应强度的方向：由由实实验验结结果果可可见见，磁磁场场中中任任何何一一点点都都存存在在一一个个固固有有的的特特定定方方向向和和确确定定的的比比值值Fm/(qv)，与与试试验验电电荷荷的的性性质质无无关关，反反映映了了磁磁场场在该点的方向和强弱特征。在该点的方向和强弱特征。第35页，共81页，编辑于2022年，星期日13.4 磁场与磁感应强度磁场与磁感应强度3.3.磁感应线磁感应线 形象描绘磁场的分布。形象描绘磁场的分布。第36页，共8
23、1页，编辑于2022年，星期日各种典型的磁感应线的分布：各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线直线电流的磁感线圆形电流的磁感线圆形电流的磁感线第37页，共81页，编辑于2022年，星期日直螺线管电流的磁感线直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线 磁感应线上任意一点的切线方向与该点的磁场方向一致；磁感应线上任意一点的切线方向与该点的磁场方向一致；穿过垂直于穿过垂直于B的单位面积上的磁感应线数，与的单位面积上的磁感应线数，与B的大小相等，的大小相等，第38页，共81页，编辑于2022年，星期日4 4、磁通量：、磁通量：通过某一面积的磁通量等通过某一面积的磁通量等于通过
24、该面积的磁感线的总条数。于通过该面积的磁感线的总条数。单位单位:韦伯韦伯 Wb(T.m2)磁感应线是一组闭合的有向曲线。磁感应线是一组闭合的有向曲线。方向与电流成右手螺旋关系方向与电流成右手螺旋关系电流磁感应线dSn第39页，共81页，编辑于2022年，星期日 一一 理解理解毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律，能利用它计算一些，能利用它计算一些任任意电流意电流分布的磁场分布分布的磁场分布.二二 理解理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理.能用能用安培环路定理安培环路定理计算电流分布有一定对称性的磁场分布计算电流分布有一定对称性的磁场分布.教学基本要求教学基本要求第40页
25、，共81页，编辑于2022年，星期日真空磁导率真空磁导率 P*一一.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 实实验验给给出出:电电流流元元在在P点点所所产产生生的的磁磁感感应应强强度度的的大大小小与与Idl成成正正比比，与与到到电电流流元元的的距距离离平平方方成成反反比比，与与电电流元和矢径夹角的正弦成正比。流元和矢径夹角的正弦成正比。电流元电流元:13.5 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律第41页，共81页，编辑于2022年，星期日13.5 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律磁感强度叠加原理磁感强度叠加原理P*任意载流导线在点任意载流导线在点 P 处的处的磁感强度磁感强度第42页，共81页，编辑于2022年，星
26、期日说明说明该定律是在该定律是在实验的基础上抽象实验的基础上抽象出来的，不能由实验直接证明，但出来的，不能由实验直接证明，但是由该定律出发得出的一些结果，却能很好地与实验符合。是由该定律出发得出的一些结果，却能很好地与实验符合。电流元电流元Idl 的方向的方向即为电流的方向；即为电流的方向；dB的方向由的方向由Idl 确定，即用确定，即用右手螺旋法右手螺旋法则确定；则确定；毕奥萨伐尔定律是求解电流磁场的基本公式，利用该定律，原则毕奥萨伐尔定律是求解电流磁场的基本公式，利用该定律，原则上可以上可以求解任何稳恒载流导线产生的磁感应强度求解任何稳恒载流导线产生的磁感应强度。13.5 毕奥萨伐尔定律毕
27、奥萨伐尔定律第43页，共81页，编辑于2022年，星期日穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零。穿过磁场中任意封闭曲面的磁通量为零。二二.磁场的高斯定律（磁通连续定理）磁场的高斯定律（磁通连续定理）注意注意：有单独电荷存在有单独电荷存在,电场是有源场电场是有源场,保守保守场场无磁单极存在无磁单极存在,磁场是磁场是无源场无源场,非保守场非保守场.磁感应线是闭合的，因此有多少磁感应线是闭合的，因此有多少条磁感应线进入闭合曲面，就一条磁感应线进入闭合曲面，就一定有多少条磁感应线穿出该曲面。定有多少条磁感应线穿出该曲面。第44页，共81页，编辑于2022年，星期日1.1.解题要点解题要点三三.毕奥萨伐尔定
28、律的应用毕奥萨伐尔定律的应用第45页，共81页，编辑于2022年，星期日 2o o 1P Pad dx xx x解解:dBr 2.2.几种常见电流的磁场几种常见电流的磁场（1）直线电流的磁场：）直线电流的磁场：I各电流元产生的磁场方向相同，各电流元产生的磁场方向相同，磁场方向垂直纸面向外。磁场方向垂直纸面向外。第46页，共81页，编辑于2022年，星期日无限长载流导线：无限长载流导线：1=0,2=半无限长载流导线：半无限长载流导线：1=/2 ,2=aB若场点在导线的延长线上，则若场点在导线的延长线上，则:B=0 第47页，共81页，编辑于2022年，星期日解：解：B By y =0=0（2 2
29、）环形电流的磁场：）环形电流的磁场：B B B B的方向沿的方向沿的方向沿的方向沿x x x x轴的正方向轴的正方向轴的正方向轴的正方向,与电流成右手关系与电流成右手关系与电流成右手关系与电流成右手关系.第48页，共81页，编辑于2022年，星期日x=0（圆心）：圆心）：圆心）：圆心）：I Ix R：第49页，共81页，编辑于2022年，星期日（3 3）载流载流直螺线管轴直螺线管轴线上的磁场线上的磁场 bPRxdx1b2b各元段在各元段在各元段在各元段在P P P P点产生的磁场方向一致点产生的磁场方向一致点产生的磁场方向一致点产生的磁场方向一致.第50页，共81页，编辑于2022年，星期日
30、讨讨 论论（1）P点位于管内点位于管内轴线中点轴线中点若若第51页，共81页，编辑于2022年，星期日(2)无限长的无限长的螺线管螺线管 （3）半无限长半无限长螺线管螺线管或由或由 代入代入xBO第52页，共81页，编辑于2022年，星期日 载流长螺线管载流长螺线管第53页，共81页，编辑于2022年，星期日13.6 匀速运动点电荷的磁场匀速运动点电荷的磁场SdlI电流元与电荷电流元与电荷设电流元设电流元 Idl 的截面积为的截面积为 S，其，其载流子数密度载流子数密度 n，电量，电量 q，平均速度，平均速度 ，激发的磁场激发的磁场一一.匀速运动点电荷的磁场匀速运动点电荷的磁场则电流元中载流子
31、数：则电流元中载流子数：第54页，共81页，编辑于2022年，星期日13.6 匀速运动点电荷的磁场匀速运动点电荷的磁场平均每个载流子激发的磁场平均每个载流子激发的磁场:二二.低速匀速运动点电荷的电场低速匀速运动点电荷的电场和磁场和磁场低速运动电荷的电场和磁场低速运动电荷的电场和磁场 qxyzP第55页，共81页，编辑于2022年，星期日13.6 匀速运动点电荷的磁场匀速运动点电荷的磁场 真空中的光速真空中的光速显然：显然：实用条件实用条件第56页，共81页，编辑于2022年，星期日13.7 安培环路定理安培环路定理一一.安培环路定理安培环路定理 在真空中的恒定电流的磁场中，磁感应强度在真空中的
32、恒定电流的磁场中，磁感应强度 沿任何闭沿任何闭合路径合路径L的线积分（即的线积分（即B的环流）等于路径的环流）等于路径L所包围的电流强所包围的电流强度的代数和的度的代数和的 倍。倍。第57页，共81页，编辑于2022年，星期日二二.验证安培环路定理验证安培环路定理1、环路、环路L在垂直于导线的平面内在垂直于导线的平面内13.7 安培环路定理安培环路定理无限长直电流的磁场无限长直电流的磁场第58页，共81页，编辑于2022年，星期日电电流流反反向向规定电流的正负：规定电流的正负：电流方向与电流方向与L的绕行方向符合右手螺的绕行方向符合右手螺旋关系时，此电流为正，否则为负。旋关系时，此电流为正，否
33、则为负。第59页，共81页，编辑于2022年，星期日13.7 安培环路定理安培环路定理2、垂直导线平面环路、垂直导线平面环路L未包围电流未包围电流I L ABCD3、一般情况、一般情况任意闭合回路任意闭合回路第60页，共81页，编辑于2022年，星期日第61页，共81页，编辑于2022年，星期日13.8 利用利用安培环路定理安培环路定理 求磁场的分布求磁场的分布 求解具有对称性的磁场分布求解具有对称性的磁场分布1.1.解题要点解题要点:一一.安培环路定理的应用安培环路定理的应用第62页，共81页，编辑于2022年，星期日L LO Or rP P2.2.几种常见电流的磁场几种常见电流的磁场（1
34、1）无限长圆柱面电流的磁场：）无限长圆柱面电流的磁场：I IR RB Br rB Bt tB Ba a第63页，共81页，编辑于2022年，星期日第64页，共81页，编辑于2022年，星期日【讨论】：【讨论】：无限长无限长均匀载流均匀载流圆柱面的磁场问题可扩展为圆柱面的磁场问题可扩展为载流圆柱体，载流圆柱管，多层载流圆柱管（体）。载流圆柱体，载流圆柱管，多层载流圆柱管（体）。第65页，共81页，编辑于2022年，星期日（2 2）通电螺绕环的磁场）通电螺绕环的磁场 r r若若 r R，B=0nI，同无限长螺线管。同无限长螺线管。第66页，共81页，编辑于2022年，星期日例例、同同轴轴电电缆缆的
35、的内内导导体体圆圆柱柱半半径径为为R1，外外导导体体圆圆筒筒内内外外半半径径分分别为别为R2、R3，电缆载有电流，电缆载有电流I，求磁场的分布。，求磁场的分布。解解：同同轴轴电电缆缆的的电电流流分分布布具具有有轴轴对对称称性性在在电电缆缆各各区区域域中中磁磁力力线线是是以以电电缆缆轴轴线线为为对对称称轴轴的的同同心心圆。圆。R2R3IR1Irr R1时时,取沿半径取沿半径 r 的磁感应线为环路的磁感应线为环路第67页，共81页，编辑于2022年，星期日R1 r R2,同理同理R2R3IR1Ir第68页，共81页，编辑于2022年，星期日R2 r R3,B=0R2R3IR1Ir第70页，共81页
36、，编辑于2022年，星期日13.9 与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场一一.恒定电流磁场中的安培环路定理恒定电流磁场中的安培环路定理二二.恒定电流磁场中的安培环路定理应用于非恒恒定电流磁场中的安培环路定理应用于非恒定电流激发的磁场中时产生了矛盾定电流激发的磁场中时产生了矛盾第71页，共81页，编辑于2022年，星期日两个不同曲面具有相同的回路两个不同曲面具有相同的回路L积分结果相等。积分结果相等。第72页，共81页，编辑于2022年，星期日13.9 与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场同一个闭合回路选取不同的面结果不一样！同一个闭合回路选取不同的面结果不一样！第73页，共81
37、页，编辑于2022年，星期日三三.1861年麦克斯韦在研究电磁场的规律时，年麦克斯韦在研究电磁场的规律时，建立了非恒定电流情况下的安培环路定理。建立了非恒定电流情况下的安培环路定理。推广了的或普遍的安培环路定理推广了的或普遍的安培环路定理13.9 与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场第74页，共81页，编辑于2022年，星期日例例15.9 一板面半径为一板面半径为R=0.2m的圆形平行板电容器，正以的圆形平行板电容器，正以Ic=10A的传导电的传导电流充电。求在板间距轴线流充电。求在板间距轴线r1=0.1m处和处和r2=0.3m处的磁场。处的磁场。(忽略边缘效应。忽略边缘效应。)解解:
38、两板之间的电场为：两板之间的电场为：第75页，共81页，编辑于2022年，星期日(1)当当r=r1R时时第77页，共81页，编辑于2022年，星期日磁场在空间的分布：磁场在空间的分布：第78页，共81页，编辑于2022年，星期日第第13 章章 电流和磁场电流和磁场1.电流密度电流密度电流的连续性方程电流的连续性方程电流电流1.电流密度的定义，与电流的关电流密度的定义，与电流的关系，电流连续性方程的文字表述。系，电流连续性方程的文字表述。2.金属中电流的经典微观图像金属中电流的经典微观图像欧姆定律微分形式欧姆定律微分形式电导率电导率2.欧姆定律的微分形式，恒定电流，恒定电场，电源电动欧姆定律的微
39、分形式，恒定电流，恒定电场，电源电动势的定义。势的定义。第79页，共81页，编辑于2022年，星期日3.磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。（分子电流假说）磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。（分子电流假说）4.洛伦兹力公式：洛伦兹力公式：5.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律电流元的磁场电流元的磁场无限长载流导线：无限长载流导线：无限长的螺线管无限长的螺线管 3.掌握毕奥掌握毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律定义，求定义，求B的方法，例：的方法，例：13.1，13.2，13.3作业：作业：13.4，13.6，13.7.第80页，共81页，编辑于2022年，星期日7.安培环路定理安培环路定理（适用于（适用于闭合恒定闭合恒定电流电流）4.理解安培环路定理，并运用安培环路理解安培环路定理，并运用安培环路定理求解定理求解B，例：，例：13.613.8，作业：，作业：13.8，13.10，13.11,13.128.与变化电场相联系的磁场与变化电场相联系的磁场例：例：13.9,作业作业13.136.磁通连续定理磁通连续定理第81页，共81页，编辑于2022年，星期日