文档介绍：第五章稳恒磁场
引言:
电流通过导体有热效应,通过电解液有化学效应。本章讨论电流的磁效应:电流在其周围空间激发磁场,磁场对电流有磁力作用。
本章重点介绍真空中静磁学知识,建立稳恒磁场之基本方程式。研究方法仍为场论方法,注意与静电场比较和区别。
§1 磁的基本现象和规律
一、磁作用
电与磁常相伴随、相互转化,相互作用综述为图5-1所示几种情况。
电流
磁铁
磁铁
电流
③②
②③
①
④
N
S
N
S
S
N
N S N S
图5-1 图5-2
1、磁铁间的相互作用
结合实物演示说明:
(1)同种磁极相互排斥、异种磁极相互吸引,参见图5-2;
(2)将一磁棒分为两段,N、S极并不能相互分离,不存在磁单极;
(3)地球本身是一大磁体,其磁性N极在地理南极,磁性S极在地理北极。
自由悬挂的条形磁棒或长磁针始终指南北,即是上规律的体现——指南针及应用。
2、电流对磁铁的作用
I
N
N
S
S
I
S
N
N
I
N
S
S
S
图5-3
通电导线周围产生磁场,通电螺线管相当于条形磁铁,参见图5-3。
3、磁铁对电流的作用
电流是运动电荷形成,表明磁极对运动电荷也有磁力作用,参见图5-4。
I
N
S
N S
图5-4 右手定则判受力
4、电流对电流的作用
参见图5-5说明。
同向电流:吸引反向电流:排斥
图5-5
以上均称为磁相互作用,是基本的磁现象。
二、磁场
1、物质磁性的基本来源
螺线管通电后的磁性与磁棒的相似性,启发人们:磁铁与电流是否在本源上一致?
(19世纪,法国)安培分子电流假说:组成磁铁的最小单元——磁分子就是环形电流。若这些分子电流定向排列,宏观上即显示N、S极。
●磁分子的“分子电流”等效成图5-6
●分子环流形成的微观解释:原子、分子内电子的绕核旋转和自转。
综上可见:一切磁效应均来源于电流;一切磁作用都是电流与电流之间的相互作用,或说成运动电荷之间的相互作用。
i
磁矩
内部消
磁棒断面相当于螺线管
图5-6
2、磁场
在静电学中,电的作用是近距作用,同样磁作用也是近距的:即磁作用是通过磁场传递。
电流(或N、S极)在空间激发磁场,而磁场对置于其中另外的电流(或磁极)施力作用,这一观点与电场近距观点一致。即:
磁场
电流————————电流
无论电荷静止与否均存在库仑作用,但只有运动电荷之间才存在磁作用!
三、安培定律
既然一切磁作用均归于电流之间的相互作用,本节当研究电流之间的相互作用规律—— Ampere’s Law 。
1、电流元的概念
电学中:研究带电体间相互作用时,
先引入点电荷理想模型,研究点电荷间的作用满足库仑定律;
再椐叠加原理,把任带电体视作点电荷之集合把整个问题求出。
磁学中:研究电流之间相互作用时,
仿上——把载流回路看作大量无穷小载流线元之集合。这些载流线元称为电流元(与点电荷位置相当),用表示,只要知道任一对电流元之间相互作用规律,即可据叠加原理计算整体回路间的相互作用。
需要指出——稳恒电流只能存在于闭合回路中,孤立电流元是不存在的,如5-7
(a),无法由实验直接验证,只能由此假设导出的结论间接验证。
I1
L1