安培定律和毕奥--萨伐尔定律

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1、§2.2安培定律和毕奥--萨伐尔定律页码，1/17§§§2.22.22.2安培定律和2.2安培定律和毕毕奥毕奥奥--奥------萨萨萨伐萨伐伐尔伐尔尔定律尔定律1.1.1.物1.物物质物质质的磁性质的磁性与与电与电电流的磁效电流的磁效应应应从天然磁体到指南针的发明人类对磁现象的最初认识，是发现天然磁体之间存在互相吸引或排斥作用，以及天然磁体对诸如铁这类物体产生吸引力.人们观察到，任何磁性物体都有两个不同的“磁极”，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

2、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.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.从从从库仑从库仑库仑到库仑到到到奥奥奥奥斯特斯特斯特FromCoulombToOersted斯特F

3、romCoulombToOerstedFromCoulombToOerstedFromCoulombToOersted库仑（C.A.deCoulomb）大家已经知道，1785年,法国的库仑通过实验，总结出静电相互作用的规律.大约同期，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.但是，电力与磁力有关吗？库仑和他同时代的许多物理学家都认为：虽然磁力与电力在距离关系上有相

4、似性，但并无同一性.奥斯特（H.C.Oersted）然而，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月发现了电流的磁效应——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，由此开创了实验上与理论上研究电磁统一性的纪元.从奥从奥斯特到安培从奥斯特到安培斯特到安培、斯特到安培、、、毕毕毕毕奥奥奥奥和和和和萨萨萨萨伐伐伐伐尔尔尔尔安培（A.M.Ampere）法国物理

5、学家安培获知奥斯特的发现之后，很快（1820年9月）就发现两根通电流的导线之间也存在相互作用力，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.(见教材P336)http://spe.sysu.edu.cn/course/course/4/build/lesson2-2.htm2012-4-18§2.2安培定律和毕奥--萨伐尔定律页码，2/17安培进而用“分子电流”假说解释磁体的磁性——磁性体内分子电流的有规排列，呈现出宏观磁化电流，正是宏观磁化电流使之产生宏观磁性（见教材P336）毕毕毕奥毕奥奥奥和和和和萨

6、萨萨萨伐伐伐伐尔尔尔尔（（（（J.B.BiotandF.SavartJ.B.BiotandF.SavartJ.B.BiotandF.Savart）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,发表了题为“运动中的电传递给金属的磁化力”的论文，后来人们称之为毕奥--萨伐尔定律.稍后，在数学家拉普拉斯的帮助下，以数学公式表示出这一定律.从奥从奥斯特到安培从奥斯特到安培斯特到安培，斯特到安培，，，两两两两个个个个引人深思的引人深思的引人深思的问题引人深

7、思的问题问题问题一个引人深思的问题是：从奥斯特发现电流磁效应（1820年4月）到安培发现电流相互作用的规律（1820年9月），前后只是相差5个月，我们可以从中获得什么教益？另一个同样引人深思的问题是：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.我们又可以从中获得什么教益？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偶极矩m.由照经典模型，分子磁偶极矩矢量描述为其中，I是分子电流强度，为电流圈的面积矢量，规定它的方向与电流流向成右手螺旋关系.今天

8、，人们对磁现象的认识，已经比安培那个时代深刻得多：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.磁磁磁场磁场场场读者知