大学物理 稳恒磁场的基本性质

41 磁 学基本内容一、稳恒磁场 磁感应强度1． 稳恒磁场电流、运动电荷、永久磁体在周围空间激发磁场。

稳恒磁场是指不随时间变化的磁场。

稳恒电流激发的磁场是一种稳恒磁场。

2． 物质磁性的电本质无论是永磁体还是导线中的电流，它们的磁效应的根源都是电荷的运动。

因此，磁场是运动电荷的场。

3． 磁感应强度磁感应强度B是描述磁场的基本物理量，它的作用与E 在描述电场时的作用相当。

磁场对处于其中的载流导线、运动电荷、载流线圈、永久磁体有力及力矩的作用。

可以根据这些作用确定一点处磁场的强弱和方向——磁感应强度B。

带电q 的正点电荷在磁场中以速度v运动，若在某点不受磁力，则该点磁感应强度B 的方向必与电荷通过该点的速度v平行。

当该电荷以垂直于磁感应强度B 通过该点时受磁力⊥F ，则该点磁感应强度大小qvF B ⊥=，且⊥F ，v ，B两两互相垂直并构成右手系。

二、毕奥—萨伐尔定律 运动电荷的磁场1． 磁场的叠加原理空间一点的磁感强度等于各电流单独存在时在该点产生磁感应强度的矢量和：∑=ii B B 可推广为 ⎰=B d B42B d是电流强度有限而长度无限小的电流元l d I 或电流强度无限小而空间大小不是无限小的元电流的磁场。

上式中矢量号一般不能略去，只有当各电流产生磁场方向相同时，才能去掉矢量号。

2． 毕奥—萨伐尔定律电流元l d I 在空间一点产生的磁场B d为： 304rr l d I B d πμ⨯= 大小： 02I sin(I ,r)dB 4r dl dl μπ∠=方向：B d 垂直于电流元l d I 与r 所形成的平面，且B d与l d I 、r构成右手螺旋。

3． 电流与运动电荷的关系导体中电荷定向运动形成电流，设导体截面积为S ，单位体积载流子数为n 。

每个载流子带电q ，定向运动速率为v ，则nqvS I =。

电量为q 的带电体作半径为R 、周期为T 的匀速圆周运动相当于半径为R 、电流强度T q I /=的圆电流，具有磁矩TqR I R p m 22ππ==。

山东轻院第十一章稳恒磁场山东轻院基本要求1.掌握磁感应强度的概念。

理解比奥－萨伐尔定律。

并能用其计算一些简单问题中的磁感应强度。

2.理解稳恒磁场的规律：磁场高斯定理和安培环路定理。

理解用安培环路定理计算磁感应钱度的条件和方法。

3.理解安培定律和洛仑兹力公式。

了解磁矩的概念。

能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场或在无限长之载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。

能分析点电荷在均匀电场和均匀磁场中的受力和运动。

山东轻院 内 容 提 要(1)一、磁感应强度1．磁场是只给运动电荷一作用力的场物质。

用试探运动电荷 在某场点所受磁力的两个极值 f max 和 0 来定义 。

v q B 的定义 B 大小： max qv f B 方向：运动正电荷受力为零时其速度的方向 （即小磁针静止时N 极的指向）山东轻院 2．磁场叠加原理⎰∑==B d B B B i i 或（2）在若干电流(或电流元)产生的磁场中，某点的磁感应强度等于每个电流(或电流元)单独存在时，在该点所产生的磁感应强度的矢量和。

3．磁感应强度通量⎰⎰⋅=ϕ=ϕs s m m s d B d （3）为通过磁场中某曲面的磁感应强度线数。

φm 为标量，但有正、负。

山东轻院二、比奥－萨伐尔定律： ——— 电流元的磁场（4）203044r e l Id r r l Id B d r⨯πμ=⨯πμ=式中， 表示稳恒电流的一个电流元l Id 270104--⋅⨯π=μA N 为真空的磁导率 表示从该电流元到场点的矢径( 为单位矢量) r r re r =物理辅导 山东轻院 矢量 的大小为B d 204r sin Idl dB θπμ=r (θ为 与 的夹角) l Id 的方向垂直于 和 组成的平面，并沿矢积 的方向，即 由经小于180o 的角转向 时的右螺旋前进方向。

B d r l d rl d ⨯l Id r 原则上，只要求得电流元的磁场 ，那么任意载流导线在某场点的磁感强度 ，即可由磁场叠加原理求得 B d B ⎰⎰⨯πμ==204r e l Id B d B r (见教材P131－P132例)物理辅导 山东轻院 三、反映稳恒磁场性质的基本方程1．磁场高斯定理0=⋅⎰S s d B（5）表明 磁力线为闭合曲线，磁场为无源场。

大学物理恒定磁场总结引言恒定磁场是大学物理中重要的概念之一，它广泛应用于电磁学、电动力学等领域。

本文将对恒定磁场的基本概念、性质以及应用进行总结，希望能够帮助读者更好地理解和掌握恒定磁场的知识。

恒定磁场的基本概念恒定磁场是指在空间中磁场强度大小和方向都不随时间变化的磁场。

磁场由磁场源产生，一般来说，磁体是最常见的磁场源。

恒定磁场的强度由磁感应强度或磁场强度来描述，用符号B表示。

恒定磁场的性质恒定磁场有许多特殊的性质，下面将对其中的若干性质进行讨论。

磁通量磁通量是描述恒定磁场穿过某个闭合曲面的总磁场量的物理量。

它由磁场强度和曲面的面积以及两者之间的夹角决定。

磁通量的单位是韦伯（Wb）。

高斯定律高斯定律是磁学的基本定律之一，它描述了恒定磁场中磁场线的性质。

根据高斯定律，恒定磁场的磁感应强度线是闭合的，不存在磁单极子。

洛伦兹力洛伦兹力是指带电粒子在恒定磁场中受到的力。

它是由粒子电荷、粒子速度和磁场强度之间的相互作用产生的。

洛伦兹力的方向垂直于磁场和粒子速度的平面，并且遵循右手定则。

磁场线磁场线是描述恒定磁场分布的曲线。

根据磁场线的性质，可以确定磁场强度的大小和方向。

磁场线的定义是：在任何点上，磁场强度的方向与通过该点的磁场线的切线方向相同。

恒定磁场的应用恒定磁场在生活中和科学研究中有许多重要的应用，下面将对其中的几个应用进行介绍。

电动机电动机是利用洛伦兹力的原理工作的设备。

它由一个电流线圈和一个恒定磁场构成。

当电流通过线圈时，产生的磁场与恒定磁场相互作用，从而产生力矩使电动机运转。

磁共振成像磁共振成像是一种医学成像技术，利用恒定磁场和射频脉冲来观察人体内部结构。

通过对人体各种组织的不同磁性质的分析，可以得出人体内部的详细结构信息。

磁存储技术磁存储技术是计算机存储中使用的关键技术之一。

它通过在磁性介质中记录信息，利用恒定磁场对信息进行存储和读取。

结论恒定磁场是大学物理中的重要概念，它有许多特性和应用。

本文对恒定磁场的基本概念、性质以及应用进行了总结，并且介绍了一些重要的应用领域。

大学物理稳恒磁场解读 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第十一章稳恒磁场磁场由运动电荷产生。

磁场与电场性质有对称性，学习中应注意对比。

§11－1 基本磁现象磁性，磁力，磁现象；磁极，磁极指向性，N极，S极，同极相斥，异极相吸。

磁极不可分与磁单极。

一、电流的磁效应1819年，丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应；1820年，法国科学家安培发现磁场对电流的作用。

二、物质磁性的电本质磁性来自于运动电荷，磁场是电流的场。

注：1932年，英国物理学家狄拉克预言存在“磁单极”，至今科学家一直在努力寻找其存在的证据。

§11－2 磁场磁感强度一、磁场磁力通过磁场传递，磁场是又一个以场的形式存在的物质。

二、磁感强度磁感强度B的定义：（1）规定小磁针在磁场中N极的指向为该点磁感强度B的方向。

若正电荷沿此方向运动，其所受磁力为零。

（2）正运动电荷沿与磁感强度B垂直的方向运动时，其所受最大磁力F max与电荷电量q和运动速度大小v的乘积的比值，规定为磁场中某点磁感强度的大小。

即：磁感强度B是描写磁场性质的基本物理量。

若空间各点B的大小和方向均相等，则该磁场为均匀磁场；若空间各点B的大小和方向均不随时间改变，称该磁场为稳恒磁场。

磁感强度B的单位：特斯拉（T）。

§11－3 毕奥－萨伐尔定律一、毕－萨定律电流元:电流在空间的磁场可看成是组成电流的所有电流元在空间产生元磁感强度的矢量和。

式中μ0：真空磁导率，μ0＝4π×10－7 NA 2dB的大小：d B的方向：d B总是垂直于Id l与r组成的平面，并服从右手定则。

一段有限长电流的磁场：二、应用1。

一段载流直导线的磁场说明：（1）导线“无限长”：（2）半“无限长”：2。

圆电流轴线上的磁场磁偶极矩讨论：（1）圆心处的磁场：x = 0 ；（2）半圆圆心处的磁场：（3）远场：x>>R，引进新概念磁偶极矩则：3。

稳恒磁场小结稳恒磁场是指磁场的大小和方向都不随时间而变化的磁场。

在物理学中，磁场的产生是由电荷运动而引起的，因此稳恒磁场可以通过电流来产生。

在这篇文章中，我们将讨论稳恒磁场的性质、产生、应用及相关实验等内容。

稳恒磁场可以被表示为磁感应强度B，B的方向与磁力线相同。

磁力线是从磁北极流向磁南极的。

磁北极与磁南极的定义与地球上的地理北极和地理南极不同。

在磁力线中，磁感应强度越强，磁力线越密集。

在稳恒磁场中，磁场与电流有一个简单的关系。

电流与磁场的方向关系可以由安培定则来确定。

安培定则的核心思想是：当一条电流元素通过一点时，该电流元素造成的磁场再该点的贡献方向与电流元素方向的右手定则相同。

该定则可以通过实验验证。

另外，稳恒磁场还有一个重要的特性：在稳恒磁场中，不会存在单独的磁极。

总有一个磁极与之相对应。

这一特性被称为“磁偶极子”的性质。

稳恒磁场可以通过电流来产生。

当电荷经过导线时，它会产生磁场。

当电流在圆环上流动时，会产生一个垂直于圆环平面的磁场。

在物理学实验中，通常使用初始磁场为零的可调电阻来产生电流。

通常使用Hall电效应来测量电阻中电流的强度。

在Hall电效应中，将电阻放在强磁场中，当电流通过电阻时，电阻中的电子会受到洛伦兹力的影响，使得电阻中的电子发生偏转，最终在一个方向上聚积起来。

这个方向与电流方向垂直，并形成Hall电压。

由于稳恒磁场的特性，它在许多领域中都有应用。

在现代物理学中，稳恒磁场用于粒子加速器中的磁铁，可以帮助加速器中的粒子定向行进。

磁共振成像是另一个使用稳恒磁场的重要技术。

在磁共振成像中，磁场中的氢原子核可以被用于诊断人体内部的病变。

磁场中的氢原子核的性质是由磁场强度的大小和方向所决定的，因此磁共振成像需要一个非常稳定的磁场。

在物理学中，稳恒磁场还可以用来研究磁性材料和磁性现象。

通过使用稳恒磁场，可以测量磁材料的磁场和演示磁现象。

此外，稳恒磁场还可以用来研究交变磁场的行为，在许多相对论简化模型中，也常使用稳恒磁场。