Download - 1. 基本磁现象 - wulijiaoyu.site · 早期的磁现象包括: (1)天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。 (2)条形磁铁两端磁性最强,称为磁极。一只 能够在水平面内自由转动的条形磁铁
1. 基本磁现象
中国在磁学方面的贡献:
最早发现磁现象:磁石吸引铁屑
春秋战国《吕氏春秋》记载:磁石召铁
东汉王充《论衡》描述: 司南勺最早的指南器具
十一世纪沈括在《梦溪笔谈》中指出,指南针 并不是完全指在正南,有地磁偏角;
十二世纪已有关于指南针用于航海的记载, 郑和首次航海是在1405年,哥伦布是1492年,比郑和晚了87年
司南勺
磁感应强度 磁场的高斯定理
早期的磁现象包括:
(1)天然磁铁吸引铁、钴、镍等物质。
(2)条形磁铁两端磁性最强,称为磁极。一只
能够在水平面内自由转动的条形磁铁,平衡时总
是顺着南北指向。指北的一端称为北极或N 极,
指南的一端称为南极或S 极。同性磁极相互排斥,
异性磁极相互吸引。
(3)把磁铁作任意分割,每一小块都有南北两
极,任一磁铁总是两极同时存在。
(4)某些本来不显磁性的物质,在接近或接触
磁铁后就有了磁性,这种现象称为磁化。
有关“磁单极子” 1931年英国狄拉克首先从理论上探讨了
磁单极子存在的可能性。其主要观点是:
(1)磁单极子的存在与量子力学没有矛盾;
(2)若存在则单位磁荷与电子电荷的关系为
eg 5.680 = “大爆炸”理论认为:在宇宙诞生之后 秒
内产生,温度为 。此时,存在有单独的S极
和 N 极,随后湮灭。若现在还有磁单极子存在,
相当于一个足球场的面积上,在一年之中有一个
磁单极子穿过。
3510−
K3010
1819年 奥斯特 磁针上的电碰撞实验
电流的磁效应
运动的电荷 ?
磁现象与电现象有没有联系?
静电场 静止的电荷
安培提出分子电流假设:
磁现象的电本质—运动的电荷产生磁场
运动电荷 磁场 产生 作用
2. 磁感应强度 设带电量为q,速度为v的运动试探电荷处于磁场中,实验发现:
(2)在磁场中的p点处存在着一个特定的方向,
当电荷沿此方向或相反方向运动时,所受到的磁力为零,与电荷本身性质无关;
(1)当运动试探电荷以同一速率v沿不同方向通过磁场中某点 p 时,电荷所受磁力的大小是不同的,但磁力的方向却总是与电荷运动方向( )垂直;
v
(3)在磁场中的p点处,电荷沿与上述特定方向垂直的方向运动时所受到的磁力最大(记为Fm), 并且Fm与qv的比值是与q、v无关的确定值。
大小:
单位:特斯拉(T) 高斯(Gs)
qvFB m=
由实验结果可见,磁场中任何一点都存在一个固有的特定方向和确定的比值Fm/(qv),与试验电荷
的性质无关,反映了磁场在该点的方向和强弱特征,为此,定义一个矢量函数:
q+
B
v
mF x
y
z
Gs10T1 4=
方向: vFm
×
3. 磁场的高斯定理(磁通连续原理)
几种不同形状电流磁场的磁感应线
3.1 磁感应线的性质
电流
磁感应线 互不相交的闭合曲线
线上任意点的切线方向与该点处的磁场方向相一致
方向与电流成右手螺旋关系
规定:通过磁场中某点处垂直于 矢量的单位面
积的磁感应线数等于该点 矢量的量值。磁感应线越密,
磁场越强;磁感应线越稀,磁场就越弱,磁感线的分布
能形象地反映磁场的方向和大小特征。
B
B
3.2 磁通量
穿过磁场中任一给定曲面的磁感线总数。
对于曲面上的非均匀
磁场,一般采用微元分割
法求其磁通量。
dS en
单位:韦伯(Wb)
θcosdd SB=Φ
SB
d•=
对所取微元,磁通量:
对整个曲面,磁通量:
dS en
∫∫ ⋅=Φs
SdB
穿过任意闭合曲面S的总磁通必然为零,这就
是磁场的高斯定理。说明磁场是无源场。
3.3 磁场中的高斯定理
通过闭合曲面的电通量 闭合曲面内的电量
由磁感应线的闭合性可知,对任意闭合曲面,
穿入的磁感应线条数与穿出的磁感应线条数相同,
因此,通过任何闭合曲面的磁通量为零。
高斯定理的积分形式
∫∫ =⋅=ΦS
SdB 0
B
n B
?d == ∫∫ ⋅S
m SB
Φ
例:在匀强磁场 中,取一半径为R 的圆,圆面的法线
与 成60°角,如图所示,则通过以该圆周为边
线的如图所示的任意曲面S 的磁通量
n
R
S
任意曲面
60°
B
B
n
R
S
任意曲面
60°
B
B
∫∫ ∫∫∫∫ =⋅+⋅=⋅=Φ闭合曲面 圆面
0SdBSdBSdBS
m
2
0
21
21
60cos
RBdSBSdB
BdSSdBSdB
S
S
π−=−=⋅
−=⋅−=⋅
∫∫∫∫
∫∫∫∫∫∫
圆面圆面