-稳恒磁场复习
- 格式:ppt
- 大小:858.01 KB
- 文档页数:36
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==。
第34讲:稳恒磁场——磁通量、高斯定理和安培环路定律
内容:§11-3,§11-4 1.磁感应线 2.磁通量
3.高斯定理 (50分钟) 4.安培环路定律 (50分钟)
要求:
1.了解磁感应线的物理意义;
2.理解磁通量的物理意义计算方法; 3.掌握高斯定理及其物理意义;
4.掌握安培环路定律的物理意义并能用以解决磁感应强度的计算。
重点与难点:
1.高斯定理 2.安培环路定律
方法:
重点讲清中的物理意义与计算方法,在此基础上,讲清磁场高斯定理的物理意义,并由此阐明磁场的性质,对安培环路定理,要在讲清其它意义的基础上,通过例题的分析,使学员能掌握其应用方法。
作业:
问题:P173:7,8,9,10 习题:P179:10,13,16,18 预习:§11-5
复习:
1.磁场的概念:
2.Biot-Savart 定律: 3
04r r
l Id B d
⨯=πμ
3.载流长直导线:()120sin sin 4ββπμ-=a
I
B
4.圆形电流轴线:()
2/3222
02x R IR B +=μ 圆心处:R I B 20μ=
5.载流直螺线管: ()120cos cos 2
ββμ-=nI
B
无限长 nI B 0μ=
6.运动电荷的磁场:3
04r r
v q B ⨯=πμ
I 0
⎰
⎰∑⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰
为积分回路L,绕行方向为
Cylinder 圆柱体很长,导体中部磁场是对称的(由电流的对称性可
r
均匀分布在圆柱面上,则由安培环路定
则由安培环路。
稳 恒 磁 场 习 题 课(数学表达式中字母为黑体者表示矢量)壹 内容提要一、磁感强度B 的定义 1. 用运动的试验电荷q 0在磁场中受力定义: 大小B=F max /(q 0v ),方向与q 0受力为零时的速度方向平行,且矢量F 、v 、B 满足右手螺旋法则。
2. 用磁矩为m (题库为P m ) 的试验线圈在磁场中受力矩定义:大小B=M max /m ,方向与试验线圈处于稳定平衡时m 的方向相同。
二、毕奥—沙伐尔定律 1.电流元I d l 激发磁场的磁感强度 d B =[μ0 /( 4π)]I d l ×r /r 3; 2. 运动点电荷q 激发磁场的磁感强度 B =[μ0 /( 4π)]q v ×r /r 3。
三、磁场的高斯定理 1. 磁感线(略);2. 磁通量 Φm =⎰⋅Sd S B (计算磁通量时注意曲面S 的法线正方向);3. 高斯定理0d =⋅⎰SS B ;4. 稳恒磁场是无源场。
四、安培环路定理 1. 表达式 :真空中⎰∑=⋅l i I 0 d μl B ,介质中⎰∑=⋅li I 0d l H ; 2. 稳恒磁场是非保守场,是涡旋场或有旋场。
五、磁矩 m (题库为P m ): 1. 定义 m =I ⎰S d S (任何载流线圈均可定义磁矩 m );2. 磁偶极子激发的磁场:延长线上 B=[μ0/(4π)](2 m /r 3);中垂线上B=[μ0/(4π)](-m /r 3);3. 载流线圈在均匀磁场中受力矩 M= m ×B 。
六、洛伦兹力 1. 表达式 F m = q v ×B , F = q (E +v ×B );2. 带电粒子在均匀磁场中运动(设v 与B 的夹角为α):回旋半径 R =mv sin α / (qB ), 回旋周期 T =2πm / (qB ), 回旋频率 ν= qB / (2πm ),螺距 d =2π mv cos α / (qB );3.霍耳效应:(1).定义(略), (2).在磁场方向与电流方向不变的情况下正载流子与负载流子受磁场力方向相同, (3).霍耳电压U H =R H IB/d , (4)霍耳系数R H =1/(nq )。
第三章稳恒磁场一、 填空题 1、 已知半径为a 圆柱形空间的磁矢势2201(),4z A J a r e r a μ=-< (柱坐标),该区域的磁感应强度为( ).2、 稳恒磁场的能量可用矢势表示为( ).3、 分析稳恒磁场时,能够中引如磁标势的条件是( ).在经典物理中矢势的环流L A dl ⋅⎰ 表示( ).4、 无界空间充满均匀介质,该区域分布有电流,密度为()J x ' ,空间矢势A 的解析表达式( )5、 磁偶极子的矢势(1)A 等于( );标势(1)m ϕ等于( ).6、 磁偶极子在外磁场中受的力为( ),受的力矩( ).7、 电流体系()J x ' 的磁矩等于( ).8、 无界空间充满磁导率为μ均匀介质,该区域分布有电流,密度为()J x ' ,空间矢势A 的解析表达式( ).二、 选择题1、 线性介质中磁场的能量密度为A.H B ⋅21B. J A ⋅21C. H B ⋅D. J A ⋅ 2、 稳恒磁场的泊松方程J A μ-=∇2成立的条件是A .介质分区均匀 B.任意介质C.各向同性线性介质D.介质分区均匀且0=⋅∇A3、 引入磁场的矢势的依据是A.0=⨯∇H ;B.0=⋅∇H ;C.0=⨯∇B ;D. 0=⋅∇B4、 电流J 处于电流e J 产生的外磁场中, 外磁场的矢势为e A ,则它们的相互作用能为A. e V A Jdv ⋅⎰B. 12e V A Jdv ⋅⎰C. e e V A J dv ⋅⎰D. VA Jdv ⋅⎰ 5、 对于一个稳恒磁场B ,矢势A 有多种选择性是因为A.A 的旋度的散度始终为零;B.在定义A 时只确定了其旋度而没有定义A 散度;C. A 的散度始终为零;6、 磁偶极子的矢势 A 和标势ϕm 分别等于 A. 330,44ϕπμπ⨯⋅== m R m R A R R B. 033,44μϕππ⋅⨯== m R m R A R R C. 033,44m R m R A R R μϕππ⨯⋅== D. 330,44ϕππμ⨯⋅== m R m R A R R7、 用磁标势解决静磁场问题的前提是A.该区域没有自由电流分布B. 该区域是没有自由电流分布的单连通区域C. 该区域每一点满足0=⨯∇BD. 该区域每一点满足0B J μ∇⨯= .三、 问答题1、 在稳恒电流情况下,导电介质中电荷的分布有什么特点?2、 判定下述说法的正确性,并说明理由:(1) 不同的矢势,描述不同的磁场;(2) 不同的矢势,可以描述同一磁场;(3) 0B = 的区域,A 也为零。