第15電流和磁場(chǎng).pptx
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1、靜電荷和靜電場(chǎng)靜電荷和靜電場(chǎng)靜電荷激發(fā)靜電場(chǎng)靜電荷激發(fā)靜電場(chǎng)PQdEPrdq靜電場(chǎng)的基本定理靜電場(chǎng)的基本定理環(huán)路定理環(huán)路定理 高斯定理高斯定理靜電場(chǎng)和物質(zhì)的相互作用靜電場(chǎng)和物質(zhì)的相互作用靜電場(chǎng)和導(dǎo)體的相互作用:靜電感應(yīng)靜電場(chǎng)和導(dǎo)體的相互作用:靜電感應(yīng)靜電平衡下的導(dǎo)體的性質(zhì):靜電平衡下的導(dǎo)體的性質(zhì):靜電場(chǎng)和電介質(zhì)的相互作用:介質(zhì)的極化靜電場(chǎng)和電介質(zhì)的相互作用:介質(zhì)的極化介質(zhì)中的介質(zhì)中的高斯定理高斯定理本章主要涉及四個(gè)方面的問題:本章主要涉及四個(gè)方面的問題:1 1)磁場(chǎng))磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 電流電流 、磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度2 2)畢奧薩伐爾定律)畢奧薩伐爾定律 畢奧薩伐爾定
2、律畢奧薩伐爾定律及及應(yīng)用應(yīng)用、運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)3 3)磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理)磁場(chǎng)的高斯定理與安培環(huán)路定理 磁通量、磁場(chǎng)的高斯定理、安培環(huán)路定理及應(yīng)用磁通量、磁場(chǎng)的高斯定理、安培環(huán)路定理及應(yīng)用4 4)磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線與運(yùn)動(dòng)電荷的作用)磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線與運(yùn)動(dòng)電荷的作用 安培定律安培定律、霍爾效應(yīng)、霍爾效應(yīng)第十五章第十五章 電流和磁場(chǎng)電流和磁場(chǎng) 電荷的攜帶者可以是自由電子、質(zhì)子、正負(fù)離子,這些帶電荷的攜帶者可以是自由電子、質(zhì)子、正負(fù)離子,這些帶電粒子亦稱為電粒子亦稱為載流子載流子。由帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)形成的電流叫做。由帶電粒子定向運(yùn)動(dòng)形成的電流叫做傳傳導(dǎo)電流導(dǎo)電流。此外,帶電物體作機(jī)
3、械運(yùn)動(dòng)時(shí)也能形成電流,這種電。此外,帶電物體作機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)也能形成電流,這種電流叫做流叫做運(yùn)流電流運(yùn)流電流。電流的強(qiáng)弱用電流的強(qiáng)弱用電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I(簡(jiǎn)稱(簡(jiǎn)稱電流電流)來描述,定義為)來描述,定義為單位單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的電荷時(shí)間內(nèi)通過某一截面的電荷,即,即 15-1 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度1、電流、電流 電流密度電流密度電流電流 大量大量電荷的定向移動(dòng)形成電流。電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I 電流是七個(gè)基本物理量之一,其單位為安培電流是七個(gè)基本物理量之一,其單位為安培 (A)(A)。電流不。電流不是矢量,是標(biāo)量。人們常說的是矢量,是標(biāo)量。人們常說的“電流的方向電流的
4、方向”,只是指,只是指“正電正電荷的流向荷的流向”。電電流流強(qiáng)強(qiáng)度度的的概概念念描描述述的的是是通通過過導(dǎo)導(dǎo)體體某某個(gè)個(gè)橫橫截截面面的的電電流流的的整整體體特特征征,這這個(gè)個(gè)描描述述是是籠籠統(tǒng)統(tǒng)的的,但但在在解解決決一一般般的的電電路路問問題題時(shí)時(shí),利利用用電電流流強(qiáng)強(qiáng)度度的的概概念念就就可可以以了了,但但在在有有些些實(shí)實(shí)際際問問題題中中,會(huì)會(huì)遇遇到到電電流通過大塊導(dǎo)體的情形。流通過大塊導(dǎo)體的情形。如:電鍍、電阻法勘探、如:電鍍、電阻法勘探、電流的趨膚效應(yīng)等。電流的趨膚效應(yīng)等。電流密度 j電流不電流不細(xì)致地描述電流在大塊導(dǎo)體中的分布情況細(xì)致地描述電流在大塊導(dǎo)體中的分布情況 電電流流密密度度矢矢
5、量量在在數(shù)數(shù)值值上上等等于于通通過過某某點(diǎn)點(diǎn)與與電電流流方方向向垂垂直直的的單單位截面上的電流。位截面上的電流。其方向?yàn)樵擖c(diǎn)正電荷移動(dòng)的方向。其方向?yàn)樵擖c(diǎn)正電荷移動(dòng)的方向。單位單位安培安培/米米2(A/m2)電電流流強(qiáng)強(qiáng)度度I是是電電流流密密度度j 的的通通量量:設(shè)設(shè)面面元元dS上上的的電電流流密密度度為為j,方方向與面元法線向與面元法線n方向成方向成 角,則通過該面元的電流為角,則通過該面元的電流為通過通過S面的電流為面的電流為即電流即電流I等于電流密度矢量穿過曲面等于電流密度矢量穿過曲面S上的通量。上的通量。dSSjn 人類對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與研究比電現(xiàn)象早的多,早在春秋時(shí)期人類對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)
6、與研究比電現(xiàn)象早的多,早在春秋時(shí)期(公元前公元前6 6世紀(jì)世紀(jì)),我們的祖先就已有了,我們的祖先就已有了“磁石召鐵磁石召鐵”的記載的記載(見見管子管子)(注:天然磁石主要成分是(注:天然磁石主要成分是FeFe3 3O O4 4,現(xiàn)在所用磁鐵多由,現(xiàn)在所用磁鐵多由FeFe、CoCo、NiNi等由人工方法制成)等由人工方法制成);晉代發(fā)明了指南車;晉代發(fā)明了指南車(約約3-43-4世世紀(jì)紀(jì));宋朝我國大科學(xué)家沈括發(fā)明了指南針,且將其用于航海。;宋朝我國大科學(xué)家沈括發(fā)明了指南針,且將其用于航海。司南勺司南勺 早期人們利用磁石進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了早期人們利用磁石進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)了一些基本的結(jié)論。如一些基本的
7、結(jié)論。如:(1)磁鐵具有磁鐵具有N、S 極,磁極間有相互作用力極,磁極間有相互作用力-磁力,同磁力,同極相斥,異極相吸。極相斥,異極相吸。(2)地球也是個(gè)大磁地球也是個(gè)大磁場(chǎng)。場(chǎng)。(3)把磁鐵作任意分割,每一小塊都把磁鐵作任意分割,每一小塊都有南北兩極,任一磁鐵總是兩極同時(shí)存有南北兩極,任一磁鐵總是兩極同時(shí)存在等,但當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為電與磁是兩類毫在等,但當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為電與磁是兩類毫不相干的現(xiàn)象。不相干的現(xiàn)象。2、磁現(xiàn)象磁現(xiàn)象美麗的極光美麗的極光第十五章第十五章 電流和磁場(chǎng)電流和磁場(chǎng)第十五章第十五章 電流和磁場(chǎng)電流和磁場(chǎng)極光極光第十五章第十五章 電流和磁場(chǎng)電流和磁場(chǎng)18191819年,丹麥物理學(xué)家年,
8、丹麥物理學(xué)家奧斯特奧斯特奧斯特奧斯特在講授電學(xué)和磁學(xué)課時(shí)發(fā)現(xiàn)了電在講授電學(xué)和磁學(xué)課時(shí)發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)流的磁效應(yīng) 法國科學(xué)家安培(法國科學(xué)家安培(17751775 18361836)兩條平行載流導(dǎo)線之間)兩條平行載流導(dǎo)線之間存在相互作用,這些相互作用力均被稱為存在相互作用,這些相互作用力均被稱為磁力磁力。進(jìn)一步的。進(jìn)一步的研究表明,產(chǎn)生磁力的根源是運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)電荷之間的相研究表明,產(chǎn)生磁力的根源是運(yùn)動(dòng)電荷與運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用。互作用。我們知道,靜止電荷之間的相互作用我們知道,靜止電荷之間的相互作用是通過電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的。與此相似,運(yùn)動(dòng)電是通過電場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的。與此相似,運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用則是
9、通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的。荷之間的相互作用則是通過磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)的。一切運(yùn)動(dòng)電荷一切運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流)都會(huì)在其周圍空間激都會(huì)在其周圍空間激發(fā)磁場(chǎng),而此磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)處于其中的另一發(fā)磁場(chǎng),而此磁場(chǎng)又會(huì)對(duì)處于其中的另一些運(yùn)動(dòng)電荷些運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流)施加磁力作用,其關(guān)系施加磁力作用,其關(guān)系為:為:運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流)磁場(chǎng)磁場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷(電流電流)NS 為了解釋物質(zhì)的磁性,安培于為了解釋物質(zhì)的磁性,安培于18221822年提出了分子電流假說。年提出了分子電流假說。他認(rèn)為,磁現(xiàn)象的根源是電流;宏觀物質(zhì)的內(nèi)部存在有分子電他認(rèn)為,磁現(xiàn)象的根源是電流;宏觀物質(zhì)的內(nèi)部存在有分子電流,每個(gè)分子電流均有自己的效
10、應(yīng),物質(zhì)的磁性就是這些分子流,每個(gè)分子電流均有自己的效應(yīng),物質(zhì)的磁性就是這些分子電流對(duì)外表現(xiàn)出的磁效應(yīng)的總和:當(dāng)各分子電流取向傾向一致電流對(duì)外表現(xiàn)出的磁效應(yīng)的總和:當(dāng)各分子電流取向傾向一致時(shí),物質(zhì)便會(huì)對(duì)外表現(xiàn)出磁性;當(dāng)各分子電流取向無規(guī)則時(shí),時(shí),物質(zhì)便會(huì)對(duì)外表現(xiàn)出磁性;當(dāng)各分子電流取向無規(guī)則時(shí),各分子電流的磁效應(yīng)相互抵消,物質(zhì)便不對(duì)外表現(xiàn)出磁性。各分子電流的磁效應(yīng)相互抵消,物質(zhì)便不對(duì)外表現(xiàn)出磁性。安培的分子電流假說與現(xiàn)代的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理安培的分子電流假說與現(xiàn)代的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論相符。物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出,論相符。物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論指出,切物質(zhì)均由分切物質(zhì)均由分子組成,分子由原子組成,原子由原子核和核子組成,分子
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