电流和磁力

tqIdd大小：单位时间通过导体某一横截面的电量。方向：正电荷运动的方向电流是有方向的标量。单位：安培（A）。§14-1电流和电流密度电流强度电流强度几种典型的电流分布粗细均匀的金属导体半球形接地电极附近的电流粗细不均匀的金属导线电阻法勘探矿藏时的电流同轴电缆中的漏电流几种典型的电流分布电流只能反映整个截面的电流通量（电荷流量），不能反映导体中每一点的电流情况。1).定义:某点的电流密度（矢量）方向：该点正电荷定向运动的方向。即该点电场强度的方向。大小：单位时间内通过垂直于该点正电荷运动方向的单位面积上的电量。电流密度Jqnv讨论：3.金属内部有：Jenv无电场时，v=0，无电流。载流子作无规则热运动。有外场时，载流子以v定向运动。v：载流子的漂移速度（自由电子的平均速度），叠加在热运动速度上。1.为电流密度，反映了导体内每一点的电流情况。J2.为矢量。单位：A/m2Je为负值，与相反。Jv2）电流密度和电流强度的关系(a)通过面元dS的电流强度dIJdScosJdSJdS电流线dSdSnJJdSθS电流强度是通过某一面积的电流密度的通量。SIJdS任取小面元dS通过小面元的电流强度dIJdS通过任一面积S的电流强度(b)通过电流场中任一面积S的电流强度3）电流连续性方程SIJdS即intdddSqJSt上式是电荷守恒定律的数学表述，又称电流连续性方程。在有电荷流动的导体内任取一闭合曲面S。neSdJS根据电荷守恒，它应等于dt时间内S内电荷量的减少。单位时间内通过S向外净流出的电荷量应等于欧姆定律和恒定电流部分自学。理论上可以证明电流密度和电场强度的关系为JE③磁针和磁针的相互作用磁力是运动电荷之间相互作用的体现。II①载流导线与载流导线的相互作用④在磁铁附近的载流导线受到磁力的作用（图14.7）②载流导线与磁针的相互作用INSNSNS§14-3磁力和电荷的运动磁现象如何解释？物质磁性的本质是什么？结论：运动的电荷产生磁力1822年,安培提出分子电流假说：任何物质的分子中都存在环形电流——分子电流,相当于一个基元磁铁。物质表现出的磁性，就是分子电流趋于沿同一方向排列的结果。近代原子结构理论表明,电子绕原子核旋转,且还有自旋,这些运动形成分子环流,这就是物质磁性的基本来源。14-4磁场与磁感应强度一磁场电流通过各自激发的磁场相互作用。运动的电荷除激发电场外，还激发磁场。xyzoV0qvefmffemfff0efqEef与运动速度无关，为电场力。0mfqvBB是与磁场有关的物理量。二磁感应强度B矢量被称为磁感应强度，反映磁场性质，只与激发磁场的电流（运动电荷）性质有关。00fqEqvB洛仑兹力公式运动电荷在空间所受的合力为电场力与磁场力的矢量和。其中磁场力又称洛仑兹力。1洛仑兹公式2磁感应强度的确定0mfqvB大小：0sinmfBqv方向：q0不受磁力时的运动方向。I0qPvBmf3单位特斯拉，T。Gs10T14产生磁场的源：电流或运动电荷。iiBB1磁感应线：定义：曲线上每一点的切线方向都与该点磁感应强度方向相同。工程常用高斯，Gs。三磁场迭加原理磁场迭加原理：空间有若干个磁场源时，其总磁场为这些磁场源各自单独存在时产生磁场的矢量和。四磁通量磁感应线性质：（1）磁感应线无头无尾，永远闭合。（2）磁感应线密度与磁感应强度成正比。2磁通量SmSdB单位：韦伯，Wb。2mT1Wb1长直导线圆电流螺线管五磁场中的高斯定理•根据磁感应线无头无尾、永远闭合的性质，得：S0SdB磁场中的高斯定理，也叫磁通连续定理磁荷不存在！磁场是无源场。六电磁场的对比S0SdB无源场，磁荷不存在。电场磁场SS0qSdD内有源场，电荷为源。0ldEl保守场、发散场。?ldBl非保守场、涡旋场。14-5带电粒子在磁场中的运动回顾：中学情况：在匀强磁场中RB特殊性：磁场匀强且vqmmfBvmfqvBBvvvmfqvBmfqvB提供向心力，有：mfv2mvfmqvBRmvRqBRBvqmmfmvRqB周期：2RTv2mvqBTvqBm2T周期与速度、半径无关----回旋加速器原理。v不受磁场影响，粒子运动为：平行磁场的匀速直线运动与垂直磁场的匀速率圆周的合成：------螺旋运动。螺距：hvT2mhvqBB图示：qvvvh磁聚焦：发散角不太大的粒子束，速度水平分量几乎相等，具有相同的螺距，从一点射入磁场后，经过每个周期都将会聚在同一点。（P412图）螺距完全取决于水平速度分量。14-7载流导线所受磁力和磁力矩一安培力iifqvBIldBBSdl,iqvBvqnSdlfddfIdlB安培力公式lfIdlB为电流元----理想模型。Idl电流密度J的方向与方向相同，有：vdl例题：求匀强磁场中弯曲载流导线的受力。由于B为常数，有：BabllBlIdfbaBlIdfBldIfba所有的矢量和，等于弯曲导线从a到b的直线段BlIfldlBadcb线圈平面与磁场夹角为，da：)sin(21IBlF1Fbc：2Fsin22IBlFF1、F2大小相等，方向相反，在同一直线上。Bd(c)a(b)ab：F3cd：F4I通电线圈在磁场中转动1lcdab2lbcda二磁力矩da：)sin(21IBlFbc：sin22IBlFF1、F2大小相等，方向相反，在同一直线上。ab：13IBlFcd：14IBlFF3、F4大小相等，方向相反，不在同一直线上。力矩作用，线圈转动。Badcb1F2FBd(c)a(b)ab：F3cd：F4Iab：13IBlFcd：14IBlF求力矩MBd(c)a(b)F4F32lcos24lFMcos21lIBlcosBIS21llS线圈面积定义磁矩：ISPm其矢量式：nISPmˆnˆ2sinBPMmBPMmBPMmnˆISPm综上所述：平面载流线圈在均匀磁场中受的力矩：磁矩方向与电流方向成右手螺旋关系mPInˆ载流线圈的磁矩*在非均匀磁场中，载流线圈除受到磁力矩外，还受到磁力的作用。结论：平面载流线圈在均匀磁场中所受合力为零，仅受力矩的作用；线圈只发生转动，不产生整个线圈的平动。第十四章作业P422：14-1、14-7、14-21