磁场和磁感应强度.ppt

磁的基本现象 磁场和磁感应强度 磁感应线 * §11-2 磁场和磁感应强度 一、磁现象 (magnetic phenomenon) 磁现象的发现比电现象早很多。东汉王充“司南勺”，北宋沈括航海用指南针“四大发明”。 同号磁极互相排斥，异号磁极互相吸引。磁极周围存在磁场，处于磁场中的其它磁极或运动电荷，都要受到磁场的作用力，此作用力称为磁场力或磁力。磁场力是通过磁场这种特殊物质传递的。 磁铁磁性最强区域称为磁极。磁铁指向北方的磁极为磁北极或N极；指向南方的为磁南极或S极。 司南勺 （1）具有磁性，能吸引铁、钴、镍等物质。 （2）具有磁极，分磁北极N和磁南极S。 （3）磁极之间存在相互作用，同性相斥，异性相吸。 （4）磁极不能单独存在。 永磁体的性质： 在磁极区域，磁性较强 磁偏角 地球是一个巨大的永磁体。 1820年4月，丹麦物理学家奥斯特(H.C.Oersted，1777－1851）发现了小磁针在通电导线周围受到磁力作用而发生偏转。 磁铁对载流导线、载流导线之间或载流线圈之间也有相互作用。 实验发现： 磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。 结论： 1821年，安培提出了关于物质磁性的本质假说： 一切磁现象的根源是电流。磁性物质的分子中存在回路电流，称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁，物质对外显示出磁性，取决于物质中分子电流对外界的磁效应的总和。 1820年奥斯特发现电流的磁效应后，人们才认识到磁与电的密切联系。 1820年安培发现磁体对电流作用和电流之间相互作用，提出一切磁现象都起源于电流，一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流。 安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的，电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。 物质磁性起源不能完全用经典理论来描述。量子理论表明，核外电子对磁性有一定的贡献，但物质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩，铁磁物质的强烈磁性则与相邻原子间电子自旋磁矩的交换作用有关。都不能用经典概念予以描述。 磁现象与电现象有很多类似，在自然界有独立存在的电荷，却至今没找到独立存在的磁荷，即所谓“磁单极子”。 寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一。 运动电荷 磁场 运动电荷 恒定磁场：磁场分布不会随时间发生变化，一般可由恒定电流激发而在电流周围空间产生。 反映磁场性质的物理量：磁感应强度 磁感应强度 的方向： 小磁针在场点处时其N 极的指向。 实验： 1. 点电荷q0以同一速率v沿不同方向运动。 实验结果： （4）电荷q0垂直磁场方向运动时， （3）电荷q0沿磁场方向运动时， （1） （2） 2. 在垂直于磁场方向改变运动电荷的速率v，改变点电荷的电量q0。 （1）在磁场中同一场点，Fmax/q0v 为一恒量； （2）在磁场中不同场点，Fmax/q0v 的量值不同。 实验结果： 定义磁感应强度 的大小： 国际单位制单位：特斯拉（T） 带电粒子在磁场中沿其他方向运动时，其受力 垂直于 与该特定方向所组成的平面. 当带电粒子在磁场中垂直于此特定方向运动时受力最大. 大小与 无关 二、磁感应强度 (magnetic induction) 1.任一点P的磁感应强度的方向 当试探电荷q0以速度v沿某特定直线通过磁场中的点P时，作用于它的洛伦兹力总等于零，与试探电荷的电量和运动速率无关。这条特定直线是点P的磁场自身的属性，称为零力线。 把这条直线规定为点P的磁感应强度的方向。 + q ? – 用磁感应强度描述磁场， 以矢量 表示。 运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力。 2. 点P的磁感应强度的大小 3. 点P的磁感应强度的指向 B、v、F 满足右螺旋关系： 电荷速度与该特定方向垂直时受到的磁力最大。 点P磁感应强度的大小 正试探电荷所受洛伦兹力大小为F=q0vBsin? θ 单位特斯拉(T),N?s?C-1?m-1,V?s?m-2,N?A-1?m-1。 人体磁场极弱，如心电激发磁场约3×10-10T。测人体内磁场分布可诊断疾病，图示磁共振图像。 地球磁场约5×10-5T。 大型电磁铁磁场可大于2T。 超导磁体能激发高达25T磁场；原子核附近可达104T；脉冲星表面高达 108T。 一些磁场的大小： 三、磁感应线和磁通量