《大学物理》第六章 恒定电流的磁场
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第6章 恒定电流前面讨论了静电现象及其规律。
从本章开始将研究与电荷运动有关的一些现象和规律。
本章主要讨论恒定电流,6.1 电流 电流密度6.1.1 电流1、电流的产生 我们知道,导体中存在着大量的自由电子,在静电平衡条件下,导体内部的场强为零,自由电子没有宏观的定向运动。
若导体内的场强不为零,自由电子将会在电场力的作用下,逆着电场方向运动。
我们把导体中电荷的定向运动称为电流。
2、产生电流的条件:①导体中要有可以自由运动的带电粒子(电子或离子);②导体内电场强度不为零。
若导体内部的电场不随时间变化时,驱动电荷的电场力不随时间变化,因而导体中所形成的电流将不随时间变化,这种电流称为恒定电流(或稳恒电流)。
3、电流强度 电流的强弱用电流强度来描述。
设在时间t ∆内,通过任一横截面的电量是q ∆,则通过该截面的电流强度(简称电流)为q I t∆=∆ (6–1) 式(6–1)表示电流强度等于单位时间内通过导体任—截面的电量。
如果I 不随时间变化,这种电流称为恒定电流,又叫直流电。
如果加在导体两端的电势差随时间变化,电流强度也随时间变化,这时需用瞬时电流(0t ∆→时的电流强度)来表示:0lim t q dq I t dt∆→∆==∆ (6–2) 对于恒定电流,式(6–1)和式(6–2)是等价的。
在国际单位制中,电流强度的单位是安培(符号A)其大小为每秒钟内通过导体任一截面的电量为1库仑,即 111=库仑安培秒。
它是一个基本量。
电流强度是标量,所谓电流的方向只表示电荷在导体内移动的去向。
通常规定正电荷宏观定向运动的方向为电流的方向。
6.1.2 电流密度在粗细相同和材料均匀的导体两端加上恒定电势差后,;导体内存在恒定电场,从而形成恒定电流。
电流在导体任一截面上各点的分布是相同的。
如果在导体各处粗细不同,或材料不均匀(或是大块导体),电流在导体截面上各点的分布将是不均匀的。
电流在导体截面上各点的分布情况可用电流密度j 来描述。
1第6章 稳恒电流的磁场一 基本要求1. 掌握磁感应强度B的概念。
2. 掌握毕奥-萨伐尔定律,并能用该定律计算一些简单问题中的磁感应强度。
3. 掌握用安培环路定律计算磁感应强度的条件及方法,并能熟练应用。
4. 理解磁场高斯定理。
5. 了解运动电荷的磁场。
6. 理解安培定律,能用安培定律计算简单几何形状的载流导体所受到的磁场力。
7. 理解磁矩的概念,能计算平面载流线圈在均匀磁场中所受到的磁力矩,了解磁力矩所作的功。
8. 理解并能运用洛伦兹力公式分析点电荷在均匀磁场(包括纯电场、纯磁场)中的受力和运动的简单情况。
9. 了解霍耳效应。
10. 了解磁化现象及其微观解释。
11. 了解磁介质的高斯定理和安培环路定理,能用安培环路定理处理较简单的介质中的磁场问题。
12. 了解各向同性介质中H 与B的联系与区别。
13. 了解铁磁质的特性。
二 内容提要1. 毕奥-萨伐尔定律 电流元Id l 在真空中某一场点产生的磁感应强度d B 的大小与电流元的大小、电流元到该点的位矢r与电流元的夹角θ的正弦的乘积成正比,与位矢大小的平方成反比,即204r l I B θπμsin d d =dB 的方向与r l I⨯d 相同,其矢量式为304r rl I B⨯=d d πμ 2. 几种载流导体的磁场 利用毕奥-萨伐尔定律可以导出几种载流导体磁场的分布,这些结果均可作公式应用。
(1)有限长直载流导线的磁感应强度的大小)cos (cos π2104θθμ-=aIB方向与电流成右手螺旋关系。
式中,a 为场点到载流直导线的距离,21θθ、分别为直导线始末两端到场点的连线与电场方向的夹角。
2(2)长载流直导线(无限长载流直导线)的磁感应强度的大小rIB πμ20=方向与电流成右手螺旋关系。
(3) 直载流导线延长线上的的磁感应强度 0=B(4) 载流圆导线(圆电流)轴线上的磁感应强度的大小2322202)(x R IR B +μ=方向沿轴线,与电流成右手螺旋关系。