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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

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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

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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

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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

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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

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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。

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