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。