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1、安培定律和畢奧--薩伐爾定律1.物質(zhì)的磁性與電流的磁效應從天然磁體到指南針的發(fā)明人類對磁現(xiàn)象的最初認識，是發(fā)現(xiàn)天然磁體之間存在互相吸引或排斥作用，以及天然磁體對諸如鐵這類物體產(chǎn)生吸引力.人們觀察到，任何磁性物體都有兩個不同的“磁極”，同性磁極互相排斥，異性磁極互相吸引.后來又發(fā)現(xiàn)，如果將一根條形小磁體的中心支撐起來并讓它可以自由轉(zhuǎn)動,小磁體的某一極總是轉(zhuǎn)向北方.人們由此認識到，原來我們所居住的地球就是一個巨大的天然磁體.磁性物體中指向北方的那個極被稱為“北磁極”或N極，指向南方的另一極稱為“南磁極”或S極.
2、中國人對磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和應用，比西方人要早得多.春秋戰(zhàn)國時期（公元前770-221年）的文獻已有“磁石吸鐵”的記載，北宋時期已經(jīng)利用磁針制造指南針并應用于航海.至公元1600年，英國人吉爾伯特（M.Gilbert）發(fā)表《論磁體》一書，這被認為是人類對磁現(xiàn)象系統(tǒng)而定性研究的最早著作.從庫侖到奧斯特FromCoulombToOersted庫侖（C.A.deCoulomb）大家已經(jīng)知道，1785年,法國的庫侖通過實驗，總結(jié)出靜電相互作用的規(guī)律.大約同期，庫侖也通過實驗對磁力進行了測量，并指出與電力一樣，磁力“與磁分
3、子之間的距離平方成反比”.庫侖的“磁分子”包含有南、北兩種磁荷，它們在磁體內(nèi)首尾相吸形成“磁分子纖維”,使磁荷不能象電荷那樣從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體.但是，電力與磁力有關(guān)嗎？庫侖和他同時代的許多物理學家都認為：雖然磁力與電力在距離關(guān)系上有相似性，但并無同一性.奧斯特（H.C.Oersted）然而，丹麥人奧斯特在德國哲學家康德（I.Kant）和謝林（W.J.Schelling）關(guān)于自然力轉(zhuǎn)化與統(tǒng)一的思想影響下，經(jīng)過20多年對電力、磁力及化學親和力等的廣泛研究，終于在1820年4月發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應——通有電
4、流的導線使其附近的磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)！奧斯特的偉大發(fā)現(xiàn)，轟動了當時歐洲的物理學界，由此開創(chuàng)了實驗上與理論上研究電磁統(tǒng)一性的紀元.從奧斯特到安培、畢奧和薩伐爾安培（A.M.Ampere）法國物理學家安培獲知奧斯特的發(fā)現(xiàn)之后，很快（1820年9月）就發(fā)現(xiàn)兩根通電流的導線之間也存在相互作用力，并于同年12月發(fā)表了這種相互作用力的定量公式——現(xiàn)在我們稱之為安培定律.(見教材P336)安培進而用“分子電流”假說解釋磁體的磁性——磁性體內(nèi)分子電流的有規(guī)排列，呈現(xiàn)出宏觀磁化電流，正是宏觀磁化電流使之產(chǎn)生宏觀磁性（見教材P33
5、6）畢奧和薩伐爾（J.B.BiotandF.Savart）也是在1820年，法國物理學家畢奧和薩伐爾,通過實驗測量了長直電流線附近小磁針的受力規(guī)律,發(fā)表了題為“運動中的電傳遞給金屬的磁化力”的論文，后來人們稱之為畢奧--薩伐爾定律.稍后，在數(shù)學家拉普拉斯的幫助下，以數(shù)學公式表示出這一定律.從奧斯特到安培，兩個引人深思的問題一個引人深思的問題是：從奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應（1820年4月）到安培發(fā)現(xiàn)電流相互作用的規(guī)律（1820年9月），前后只是相差5個月，我們可以從中獲得什么教益？另一個同樣引人深思的問題是：安培
6、提出磁性的“分子電流假說”，比1897年湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，以及后來發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的原子和分子電結(jié)構(gòu)，早了70多年以上.我們又可以從中獲得什么教益？安培的“分子電流圈”，按現(xiàn)在的理解，就是分子內(nèi)的電荷運動形成的磁偶極矩m.由照經(jīng)典模型，分子磁偶極矩矢量描述為其中，I是分子電流強度，為電流圈的面積矢量，規(guī)定它的方向與電流流向成右手螺旋關(guān)系.今天，人們對磁現(xiàn)象的認識，已經(jīng)比安培那個時代深刻得多：不僅原子和分子中的電子繞核運動形成一定的“軌道磁矩”，而且，電子、質(zhì)子等“基本的”帶電粒子，都有一定的自旋磁矩.分子的總磁矩是所
7、有粒子軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和.磁場讀者知道，電荷之間的相互作用，通過電荷的電場傳遞.電流之間的相互作用，則是通過電流的磁場傳遞的.如果我們在一塊水平放置的平板上，放上一塊條形磁鐵，再在其周圍撒上小鐵粉，我們將會看到，小鐵粉會呈現(xiàn)很有規(guī)律性的排列，如圖2-1.這是由于：磁鐵內(nèi)分子電流（磁矩）的有規(guī)排列所形成的宏觀“磁化”電流產(chǎn)生了宏觀磁場，在這磁場作用下，小鐵粉（小磁矩）發(fā)生了朝著“磁力線”方向的偏轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)有規(guī)律的排列.同樣的，兩條電流線之所以存在互作用力，是一條電流線產(chǎn)生的磁場，作用于另一條電流線的結(jié)果
8、.2.安培定律（Amperes’Law）（教材P337）現(xiàn)在，讓我們寫出安培作用定律真空中，兩個穩(wěn)恒的電流回路L1和L2，電流元I1dl1對I2dl2的作用力為(2.2-1)其中，I1和I2是兩個回路的電流強度，r12是從I1dl1到I2dl2的距離，是這方向上的單位矢量.在MKSA單位制中，比例常數(shù)（2.2-2）其中，m0稱為真空磁導率，它與真空介電常數(shù)e0（真空電容率）共同構(gòu)成作為基本物理常數(shù)的真空中光速C：
