恒定电流的磁场
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第五章恒定电流的磁场上一章说明了磁力是运动电荷之间的一种相互作用,这种相互作用是通过磁场进行的。
此外还讲述了磁场对运动电荷(包括电流)的作用。
本章将介绍这种相互作用的另一个侧面,即磁场的源,如运动电荷(包括电流)产生磁场的规律。
先介绍这一规律的宏观基本形式,即描述电流元磁场的毕奥-萨伐尔定律(相当于静电场中的库仑定律),由这一定律原则上可以利用积分运算求出任意电流分布的磁场。
再在毕-萨定律的基础上导出关于恒定磁场的两条基本定理:磁通连续定理和安培环路定理,然后利用这两个定理求出有一定对称性的电流分布的磁场(类似于利用静电场黄栌定理和高斯定律来求有一定对称性的电荷分布的静电场分布)。
本章还介绍变化的电场产生磁场方面的规律。
静止电荷的周围存在着电场,电场的特征是对引入电场的电荷施加作用力。
如果电荷在运动,则在其周围不仅产生电场,而且还会产生磁场。
磁场也是物质的一种形态,它只对运动电荷施加作用,对静止电荷则毫无影响。
因此通过实验分别测定电荷静止时和运动时所受到的力,就可以把磁场从电磁场中区分出来。
由于运动和静止的相对性,本章最后还简单介绍电场和磁场有相对论性联系的内容。
Thankful good luck§1 磁现象及其与电现象的联系磁现象的研究与应用(即磁学)是一门古老而又年轻的学科,说她古老是因为关于磁现象的发现和应用的历史悠久,说她年轻是因为磁的应用目前越来越广泛已形成了许多与磁学有关的边缘学科。
磁现象是一种普遍现象即一切物质都具有磁性。
任何空间都存在磁场,所以我们可以毫不夸张地说磁学犹如一棵根深叶茂的参天大树。
尽管人们对物质磁性的认识已有两千多年,但直至19世纪20年代才出现采用经典电磁理论解释物质磁性的代表――安培分子环流假说,而真正符合实际的物质磁性理论却是在19世纪末发现电子、20世纪初有了正确的原子结构模型和建立了量子力学以后才出现。
因此在经典电磁学范围研究物质的磁性时,我们虽然采用传统的观念即安培分子环流假说和等效磁荷两种观点,但必须强调我们要在原子结构模型和量子力学的基础上建立一个正确的概念即物质的磁性来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩。
恒定电流的磁场特性引言磁场是物质的一种基本性质,在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
而恒定电流则是产生磁场的一种方法。
了解恒定电流的磁场特性对于我们理解磁场的本质以及应用磁场的技术都具有重要意义。
本文将探讨恒定电流产生的磁场的性质和特点。
恒定电流产生的磁场恒定电流通过导线时,会在导线周围产生一个环绕导线的磁场。
磁场由无数个磁力线组成,沿着导线形成闭合的环路。
根据电流的方向,可以确定磁力线的方向。
根据毕奥-萨伊定律,电流在导线周围产生的磁场的强度与电流的大小成正比,与距离的平方成反比。
磁场的磁力线是无方向的闭合曲线,沿着磁力线的方向有一个箭头所示。
这表明在磁场中的任何物体都受到一个磁力,其方向垂直于磁力线和物体的运动方向。
恒定电流产生的磁场特点1. 磁力线的密度:磁力线是用来表示磁场的一个重要工具。
当电流增大时,产生的磁场的磁力线密度也增加。
磁力线的密度越大,表明磁场的强度越强。
2. 磁场的强度:根据毕奥-萨伊定律,磁场的强度与电流大小成正比。
这意味着,通过增大电流,我们可以增加磁场的强度。
3. 磁场的方向:根据右手定则,可以确定在导线周围磁场的方向。
将右手握住导线,让拇指指向电流的方向,其他四指所在的方向即为磁场的方向。
4. 磁场的形状:恒定电流产生的磁场形状通常是环状的,即磁力线呈闭合曲线。
这种形状可以用一个公式来描述磁力线的轨迹,即圆形公式。
5. 磁场的距离衰减:根据毕奥-萨伊定律,磁场的强度与距离的平方成反比。
这意味着,离导线越远,磁场的强度越小。
这种距离衰减特性对于一些应用来说非常重要,如磁共振成像技术。
应用案例恒定电流产生的磁场在许多实际应用中扮演着重要的角色。
以下是一些应用案例的简要介绍:1. 电动机:电动机利用恒定电流在导线周围产生的磁场来实现电能转化为机械能。
通过改变电流的方向和大小,可以控制电动机的转速和转向。
2. 磁共振成像:磁共振成像技术利用恒定电流产生的磁场的距离衰减特性,通过检测不同组织对磁场的响应来获得体内组织的详细图像。
恒定电流中的磁场磁场是物质围绕着电流所产生的一种现象。
磁场具有方向和强度,可以对周围的物质产生作用。
在恒定电流中,磁场的特性和分布呈现出一定的规律性。
本文将探讨恒定电流中磁场的产生原理、磁场的特性以及磁场与电流之间的关系。
一、恒定电流中的磁场产生原理当电流通过导线时,周围就会形成一个闭合的磁场。
根据安培定理,恒定电流所产生的磁场的大小和方向与电流强度、距离和导线形状都有关系。
导线周围的磁场将呈现出环绕导线的形态,强度随着距离导线的远近而减弱。
二、恒定电流中磁场的特性1. 磁场强度:磁场强度是衡量磁场的大小的物理量。
在恒定电流中,磁场的强度与电流的大小成正比,即电流越大,磁场强度越大。
2. 磁场方向:根据右手定则,我们可以确定恒定电流所产生的磁场方向。
当右手握住电流方向,拇指指向电流方向时,四指弯曲的方向就是磁场的方向。
3. 磁场分布:恒定电流所产生的磁场呈现出环绕导线的形状。
随着离导线距离的增加,磁场强度逐渐减小,并形成一个闭合的磁场线圈。
三、磁场与电流的关系恒定电流所产生的磁场与电流之间存在着密切的关系。
根据安培定理和法拉第电磁感应定律,我们可以得到以下结论:1. 磁场与电流强度成正比,即电流越大,磁场强度越大。
2. 磁场与距离成反比,即离导线越近,磁场越强。
3. 磁场与导线形状有关,导线越弯曲,磁场越复杂。
4. 磁场会对周围的物质产生作用,如可以使磁性物质受力或改变电流的方向。
四、应用领域与意义恒定电流产生的磁场在很多领域有着广泛的应用。
例如,电动机、电磁铁、变压器等电磁设备的工作原理都与磁场和电流的相互作用相关。
同时,磁场在地理勘探、医学成像等领域也有重要的应用价值。
总结:恒定电流中的磁场是通过电流通过导线所产生的一种现象。
磁场具有方向和强度,其特性与电流大小和周围距离密切相关。
磁场与电流强度成正比,与距离成反比,同时与导线的形状有关。
磁场在科学研究和工程领域中有着广泛的应用,对于我们理解电磁学原理以及应用于实践中具有重要的意义。
作业11.1、11.211.4、11.8、11.9、11.15、11.1787磁介质90顺磁质B B >(铝、氧、锰等)弱磁质B B >>铁磁质(铁、钴、镍等)强磁性物质B B <抗磁质(铜、铋、氢等)弱磁质抗磁质顺磁质SI SI B L宏观上构成沿介质表面的等效环形电流, 称为表面束缚电流或磁化电流。
B AI 0I cbad.l113五、磁场对载流导线和运动电荷的作用(1)磁场对载流导线的作用力—安培力微分形式积分形式B l I F ⨯=d d Bl I F l⨯=⎰d 其中,是载流导线上的电流元,是所在处的磁感应强度。
l Id l I d B(2)均匀磁场对平面载流线圈的作用合力=∑F 磁力矩B p M m ⨯=式中,是载流线圈的磁矩,,其中N 是线圈匝数,I 是线圈中的电流,S 是线圈的面积,且S 的方向与电流环绕方向满足右螺旋法则。
m p S NI p m=114(3)磁力的功⎰=m1m2m d ΦΦΦI A mm1m2)(ΦI ΦΦI ∆=-=磁力的功等于电流强度I 乘以通过回路磁通量的增量∆Φm 。
(4)磁场对运动电荷的作用Bq F⨯=v 洛仑兹力:116六、磁介质(1)磁介质的分类抗磁质1<r μ顺磁质1>r μ铁磁质1>>r μ(2)磁介质的磁化在外磁场中固有磁矩沿外磁场的取向或感应磁矩的产生使磁介质的表面(或内部)出现束缚电流。