6-1电流 电流密度,电源,电动势,磁感强度

第6章 稳恒磁场
内容：
一 理解恒定电流产生的条件，理解电流密度和电动势的概念
二 掌握描述磁场的物理量——磁感强度的概念，理解它是矢量点函数
三 理解毕奥－萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度
四 理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理，理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法
五 理解洛伦兹力和安培力的公式，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动。

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中或在无限长载流直导体产生的非均匀磁场中所受的力和力矩
重点：毕奥－萨伐尔定律，安培环路定理，洛伦兹力和安培力
难点：磁感强度的计算，安培力的计算
6-1 磁场 磁感应强度
一 基本磁现象 天然磁石 同极相斥 异极相吸
电流的磁效应 1820
电流电流之间
运动电荷与磁石之间都有相互作用
说明：
1、天然磁体周围有磁场；
2、通电导线周围有磁场；
3、电子束周围有磁场。

它们之间通过磁场传递磁相互作用。

安培指出：
电荷的运动是一切磁现象的根源 分子电流
磁场对运动电荷有磁力作用
二 电流 电流密度
传导电流：电荷的定向运动形成电流。

运流电流：宏观带电物体在空间作机械运动，形成的电流。

1 电流强度
电流强度：单位时间内通过某截面的电量。

t
q I d d = 单位（SI ）：安培（A ）
tS en q d d d v =
S en I d v =
S N
N S
d v 为电子的漂移速度大小
单位: 安培 (A)
2 电流密度j
方向：该点正电荷运动方向
大小：等于在单位时间内过该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积的电荷
d cos d d cos d d d v en S I S t Q j ===α
α αcos d d d S j S j I =⋅=
⎰⋅=s
S j I d 三 稳恒电流
t
Q t Q S j i s d d d d d -==⋅⎰ 如果：0d d =t Q i 恒 定 电 流：0d =⋅⎰s
S j 021=++-I I I —基尔霍夫电流定律
恒定电场
1）在恒定电流情况下，导体中电荷分布不随时间变化形成恒定电场；
2）恒定电场与静电场具有相似性质（高斯定理和环路定理），恒定电场可引入电势的概念；
3）恒定电场的存在伴随能量的转换。

例1
（1）若每个铜原子贡献一个自由电子，问铜导线中自由电子数密度为多少？
（2）家用线路电流最大值15A ，铜 导 线半径0.81mm 此时电子漂移速率多少？
（3）铜导线中电流密度均匀，电流密度值多少？
解：
)m /(1048.810
5.631095.81002.632833
23A 个⨯=⨯⨯⨯⨯==-M N n ρ nSe
I =d v )s (m 1036.5-14⋅⨯=- )m (A 1028.71010.8(π152624--⋅⨯=⨯⨯==）
S I j 四 电源 电动势
1 电源
电容器放电得不到稳恒电流
非静电力：能不断分离正负电荷使正电荷逆静电场力方向运动
电源：提供非静电力的装置
非静电电场强度k E ：为单位正电荷所受的非静电力
⎰⎰⋅=⋅+=l
k l k l E q l E E q W d d )( 2 电动势
电动势：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功 E q
l E q q W l k
d ⋅==⎰ l E l E k k d d ⋅+⋅=⎰⎰内外，0d =⋅⎰外
l E k E l E l E k l k d d ⋅=⋅=⎰⎰内
电动势的方向：电源负极指向正极
电源电动势大小：将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功
五 磁场 磁感强度
1 磁 场
运动电荷，电流，永磁体之间有相互作用，相互作用是通过磁场传递。

磁现象的本质：运动电荷在周围空激发磁场，磁场对运动电荷有作用力。

2 磁感强度B
带电粒子在磁场中运动所受的力与运动方向有关
(a) 实验发现带电粒子在磁场中沿某一特定直线方向运动时不受力， 此直线方向与电荷无关，该方向为小磁针在该点的N 极指向；
(b) 带电粒子在磁场中沿其它方向运动时F 垂直于v 与该特定直线所组成的平
面；
(c) 当带电粒子在磁场中垂直于该特定直线运动时受力最大。

磁感强度B 的定义
(a) 方向：小磁针在该点的N 极指向。

(b) 大小
v
q F B max = 运动电荷在磁场中受力
B q F ⨯=v
单位：T(特斯拉)，-1-1m A N 1T 1⋅⋅=， 作业：无。