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稳恒电流的磁场(上)课件
磁场的基本概念
稳恒电流的磁场
磁场中的物质
磁场中的能量
磁场中的运动电荷
contents
目
录
磁场的基本概念
CATALOGUE
01
磁场:是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊物质,它对处于其中的磁体、电流和运动电荷施加力的作用。
磁场是由磁体的北极和南极之间、电流的阴极和阳极之间、运动电荷的负电荷和正电荷之间的相互作用产生的。
磁场是一种客观存在,它不依赖于人的意识而独立存在,并且可以被感知和测量。
磁场是有方向的矢量场,其方向与磁力线方向相同。
磁场是封闭的场,即磁力线不会中断,也不会相交。
磁场是相对场,即磁场会随着参考系的变化而变化。
稳恒电流的磁场
CATALOGUE
02
在一段导体中,若其两端电势差保持不变,则导体中的电流强度和电流密度也不随时间变化。
稳恒电流
稳恒电流的特点
稳恒电流的应用
电流强度和电流密度不随时间变化,导体中电场分布不随时间变化,电荷分布也不随时间变化。
在电力、电子、通信等领域广泛应用,如电池供电、电灯照明、电视接收等。
03
02
01
磁场对电流有作用力,即安培力,安培力的方向与电流方向垂直,大小与电流强度和导线的长度成正比。
磁场具有能量,其能量密度与磁场强度的平方成正比,稳恒电流的磁场能量与电流强度的平方成正比。
磁场是由电流产生的,稳恒电流产生稳定的磁场。
安培力
磁场对电流的作用力,其方向与电流方向垂直,大小与电流强度和导线的长度成正比。在直流电机、交流电机、变压器等电气设备中,安培力是实现能量转换和传输的重要作用力。
电磁感应
当导体在磁场中运动时,导体中会产生电动势或电压,这种现象称为电磁感应。电磁感应在发电机、变压器、感应电机等电气设备中有重要应用。
磁场中的物质
CATALOGUE
03
是指能够被磁场影响的物质,包括各种金属、半导体的材料。
磁介质
当磁介质被磁场作用时,其内部的磁偶极子会按照磁场的方向排列,从而使得磁介质表现出磁性。
磁化现象
表示磁介质被磁化的程度,通常用矢量M表示。
磁化强度
当磁介质被磁场磁化时,其磁化强度与磁场方向相同,即M与H同向。
顺磁性
当磁介质被磁场磁化时,其磁化强度与磁场方向相反,即M与H反向。
抗磁性
磁化强度与磁场强度的关系
在一定温度下,磁化强度与磁场强度成正比关系,即M=χH,其中χ为物质的磁化率。
磁化强度的单位
在国际单位制中,磁化强度的单位是安培/米(A/m)。
磁场中的能量
CATALOGUE
04
磁场能量密度是指单位体积内的磁场能量,用公式表示为$omega=frac{1}{2}B^{2}$,其中B为磁感应强度。
磁场能量密度与磁感应强度的平方成正比,反映了磁场能量的空间分布。在磁场中放置导体,磁场能量密度越大,导体受到的电磁感应力也越大。
磁场能量密度特性
磁场能量密度定义
对于一个给定的磁场分布,其总能量可以通过积分计算得到,公式为$W=int_{V}omegadV$,其中V为磁场分布的空间体积。
磁场能量计算公式
稳恒电流产生的磁场能量与电流大小和线圈匝数成正比。对于长直导线,磁场能量近似为$W=frac{1}{2}IL^2$,其中I为电流大小,L为导线长度。
磁场能量与电流关系
利用高磁能密度的材料,可以将磁场能转化为电能进行存储和释放,为可再生能源利用提供新的途径。
磁能存储
通过改变磁场分布,实现物体在磁场中的悬浮,广泛应用于高速磁悬浮列车、磁悬浮轴承等领域。
磁悬浮技术
利用强磁场和射频脉冲对人体的作用,获得人体内部结构和生理状态的图像信息,为医学诊断提供重要手段。
核磁共振成像
磁场中的运动电荷
CATALOGUE
05
洛伦兹力方向
根据左手定则,伸开左手,让磁感线从掌心进入,四指指向电荷运动方向,大拇指即为洛伦兹力方向。
洛伦兹力公式
$F=qvBsintheta$,其中$q$是电荷量,$v$是速度,$B$是磁感应强度,$theta$是速度与磁感应强度的夹角。
洛伦兹力不做功
因为洛伦兹力始终与运动方向垂直,所以洛伦兹力不做功。
当带电粒子速度方向与磁感应强度平行时,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动。
匀速圆周运动
当带电粒子速度方向与磁感应强度垂直时,带电粒子在磁场中做匀速直线运动。
匀速直线运动
当带电粒子速度方向与磁感应强度成一定角度时,带电粒子在磁场中做螺旋运动。
螺旋运动
洛伦兹力作为向心力
当带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力充当向心力,提供向心加速度。
THANKS
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