第7章　恒定电流的磁场

前面我们研究了相对于观察者静止的电荷所激发的电场的性质和作用规律。运动电荷周围不仅存在着电场,还存在着磁场。磁场和电场一样也是物质的一种形态。电磁学在科学技术、工程应用、日常生活方面得到了广泛的应用,给人类开辟了认识自然、应用自然的广阔道路。

人们对磁现象的研究是很早的,而且开始时是与电现象分开研究的。发现电、磁现象之间存在着相互联系的事实,首先应归功于丹麦物理学家奥斯特。他在实验中发现,通有电流的导线(也叫载流导线)附近的磁针会受力而偏转。1820年7月21日,他在题为《电流对磁针作用的实验》论文里宣布了这一发现。这个事实表明电流对磁铁有作用力,电流和磁铁一样,也产生磁现象。

1820年8月,奥斯特又发表了第二篇论文,他指出:放在马蹄形磁铁两极间的载流导线也会受力而运动。这个实验说明了磁铁对运动的电荷有作用力。

1820年9月,法国人安培报告了通有电流的直导线间有相互作用的发现,并在1820年年底从数字上给出了两平行导线相互作用力的公式。这说明了二者的作用是通过它们产生的磁现象进行的。

为了说明物质的磁性,1822年安培提出了有关物质磁性的本性的假说,他认为一切磁现象的根源是电流,即电荷的运动,任何物体的分子中都存在着回路电流,称为分子电流。分子电流相当于基元磁铁,由此产生磁效应。安培假说与现代物质的电结构理论是符合的,分子中的电子除绕原子核运动外,电子本身还有自旋运动,分子中电子的这些运动相当于回路电流,即分子电流。一般物体内部的分子电流方向杂乱无章,对外不显示磁性;永磁体内部的分子电流按一定的方向排列起来,对外显示出磁性。安培总结出:电流是一切磁现象的根源。

一切磁现象都源于电流,磁力是运动电荷相互作用的表现。磁场的应用十分广泛。例如,电子射线、回旋加速器、质谱仪、真空开关等都利用了磁场。

本章首先介绍毕奥-萨伐尔定律以及磁场中的高斯定理和安培环路定理,然后讨论磁场对运动电荷和载流导线的作用。