《电磁学》第17章毕奥-萨伐尔定律.pptx

《电磁学》

毕奥-萨伐尔定律

2§2安培定律和毕奥--萨伐尔定律1.物质的磁性与电流的磁效应从天然磁体到指南针的发明人类对磁现象的最初认识，是天然磁体对诸如铁这类物体产生吸引力.同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引.后来又发现，如果将一根条形小磁体的中心支撑起来并让它可以自由转动,小磁体的某一极总是转向北方.人们由此认识到，原来我们所居住的地球就是一个巨大的天然磁体.磁性物体中指向北方的那个极被称为“北磁极”或N极，指向南方的另一极称为“南磁极”或S极.

3中国人对磁现象的发现和应用，比西方人要早得多.春秋战国时期（公元前770-221年）的文献已有“磁石吸铁”的记载，北宋时期已经利用磁针制造指南针并应用于航海.至公元1600年，英国人吉尔伯特（M.Gilbert）发表《论磁体》一书，这被认为是人类对磁现象系统而定性研究的最早著作.

4库仑（C.A.deCoulomb）1785年,库仑通过实验，总结出静电相互作用的规律.同期，库仑也通过实验对磁力进行了测量，并指出与电力一样，磁力“与磁分子之间的距离平方成反比”.库仑的“磁分子”包含有南、北两种磁荷，它们在磁体内首尾相吸形成“磁分子纤维”,使磁荷不能象电荷那样从一个物体转移到另一个物体.SN从库仑到奥斯特FromCoulombToOersted

5奥斯特（H.C.Oersted）丹麦人奥斯特在德国哲学家康德（I.Kant）和谢林（W.J.Schelling）关于自然力转化与统一的思想影响下，经过20多年对电力、磁力及化学亲和力等的广泛研究，终于在1820年4月发现了电流磁效应——通有电流的导线使其附近的磁针发生了偏转！奥斯特的伟大发现，轰动了当时欧洲的物理学界，开创了实验上与理论上研究电磁统一性质的纪元.ISN

6安培（A.M.Ampere）法国物理学家安培获知奥斯特的发现之后，很快（1820年9月）就发现两根通电导线之间也存在互作用力，并于同年12月发表了这种相互作用力的定量公式——现在我们称之为安培定律.从奥斯特到安培、毕奥和萨伐尔IIII

7安培进而用“分子电流”假说解释物质的磁性——磁性体内分子电流的有规排列，呈现宏观磁化电流，并使之产生宏观磁性（教材P102）NS安培的分子电流圈宏观磁化电流安培提出磁性的“分子电流假说”，比1897年汤姆孙发现电子，以及后来发现物质的原子和分子电结构，早了70多年以上.

8安培的“分子电流圈”，按现在的理解，就是分子内的电荷运动形成的磁矩m.由照经典模型，分子磁矩矢量描述为今天，人们对磁现象的认识：不仅原子和分子中的电子绕核运动形成一定的“轨道磁矩”，而且，电子、质子等“基本的”带电粒子，都有一定的自旋磁矩.分子的总磁矩是所有粒子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和.mI

9毕奥和萨伐尔

（J.B.BiotandF.Savart）也是在1820年，法国物理学家毕奥和萨伐尔,通过实验测量了长直电流线附近小磁针的受力规律,人们称之为毕奥--萨伐尔定律.后来，数学家拉普拉斯，以数学公式表示出这一定律.I磁针

10磁场电荷之间的相互作用，通过电荷的电场传递.电流之间的相互作用，是通过电流的磁场传递的.磁力线磁力F电流电流

11磁场磁铁内的“磁化电流”产生了宏观磁场，在这磁场作用下，小铁粉（小磁矩）发生了朝着“磁力线”方向的偏转而呈现有规律的排列.

122.安培定律（Amperes’Law）真空中，两个稳恒的电流回路L1和L2，电流元I1dl1对I2dl2的作用力为(2.2-1)在MKSA单位制中，比例常数（2.2-2）I1dl1I2dl2r12L1L2

13我们将会看到，电流强度I的单位——“安培”，是由(2.2-1）来定义的.从定义“安培”这一需要出发，真空磁导率取值为（2.2-4）其中，m0称为真空磁导率，它与真空介电常数e0（真空电容率）共同构成作为基本物理常数的真空中光速C：