移動的電荷（電流）如何產生磁場？.

Presentation on theme: "移動的電荷（電流）如何產生磁場？."— Presentation transcript:

1 移動的電荷（電流）如何產生磁場？

2

3

4

5

6

7

8

9 電流在周圍產生磁場 Biot-Savart Law 磁學中的庫倫定律

10 測量長直導線周圍的磁場與距離一次方成反比！
Jean-Baptiste Biot Felix Savart ( ) 測量長直導線周圍的磁場與距離一次方成反比！

11

12 長直導線電流所產生磁場 方向:右手定則

13 長直導線電流所產生磁場-大小

14

15 方向：安培右手定則 大小：

16 這是漩渦狀場線！ 電場線不能呈漩渦狀，但典型的磁場卻呈漩渦狀！

17 若電場線是漩渦狀，那取一條沿著該漩渦的路徑：
這個積分會挑選出漩渦狀的場線！ 在靜電學中，漩渦狀電場是不可能的！

18 但導線周圍的磁力線是漩渦狀，那取一條沿著該漩渦的路徑：
這個積分會挑選出漩渦狀的場線！ 漩渦狀的磁場的線積分一定不為零!

19 那取一條沿著該漩渦，以導線為圓心的的圓形路徑，沿著整個路徑磁場都與路徑同向，而且磁場大小是一個常數：
積分與封閉圓路徑的大小無關！ 安培定律

20 這個結果對任一路徑都對！ 對任一封閉路徑，磁場的線積分正比於穿過該路徑的總電流：

21

22

23 安培圈甚至不需在一個平面上，此時i為通過以此安培圈為邊界的任一空間中的曲面的電流。

24 安培定律 對空間任一封閉曲線（安培圈）作磁場的線積分，考慮通過以此安培圈為邊界之任一曲面之電流，此積分與該電流永遠成正比。
這個定律決定了電流是磁場的基本來源，而且產生的磁場是漩渦狀的！

25 如同高斯定律決定了電荷是電場的基本來源，而且產生的電場是放射狀，
不是漩渦狀！

26 磁場不是放射狀！沒有磁荷，因此沒有起點沒有沒點，磁力線永遠守恆！
對任一封閉高斯面，磁通量：進出的淨磁力線數目必定為零！

27 若高斯面切過磁鐵，切過處會有一個相反磁極出現！
磁場無磁荷！ 對於磁鐵產生的磁場也對！ S 若高斯面切過磁鐵，切過處會有一個相反磁極出現！

28 靜電磁學的Maxwell Equations
我們得到兩個有關磁場的方程式： 電流是磁場的基本來源，而且產生的磁場是漩渦狀的，不是放射狀的。 電荷是電場的基本來源，而且產生的磁場是放射狀的，不是漩渦狀的。 靜電磁學的Maxwell Equations

29 長粗電流導線的磁場。

30

31 Solenoid 螺線管

32

33 平面電流板的磁場

34

35 圓形電流迴路

36 圓形迴路的磁場 當 此式對任一封閉迴路都對 一個封閉迴路稱為磁偶極 Magnetic Dipole 磁偶極的性質由磁偶極矩決定磁偶極矩 此式不只適用於圓形迴路

37 磁偶極的磁力線與磁鐵相似！

38 安培提出磁鐵為一群封閉迴路組成，而不是分立的南北極
磁鐵即可以視為一個總和的磁偶極！ 所以磁鐵切開後依舊是一個磁偶極，南北極不會分開

39 磁偶極在磁場中的受力 所受力矩只與磁偶極矩有關。 力矩傾向使磁偶極旋轉至與磁場同向

40 在均勻電場中的電偶極 受力為零 力作用點不同，力矩不為零：

41 位能與位置無關，只與角度有關 電偶極會趨向電偶極矩與電場方向相同。

42 磁偶極在磁場中的受力矩 磁偶極在磁場中的能量 力矩傾向使磁偶極旋轉至與磁場同向

43 旋轉帶電粒子所產生之磁偶極 磁偶極矩與角動量成正比

44 帶電粒子自旋形成的磁偶極

45

46 磁偶極與角動量成正比 磁場中的原子能量與角動量有關

47 加上一 z 方向磁場，觀察原子光譜 Zeeman Effect

48