安培环路定理(北邮)PPT课件

-,1,一、问题提出,静电场,1、圆形积分回路：,9-2安培环路定理,磁场,二、长直载流导线磁场的环流,-,2,2、任意积分回路:,I,-,3,3、电流在回路之外,e,d,=,I,-,4,4、推广:,闭合回路可以是空间任意的闭合曲线；,电流可以是任意的空间闭合电流；,三、安培环路定理：在磁场中，沿任何闭合回路，的线积分，等于穿过这回路的所有电流的代数和的倍,空间可以有任意个闭合电流。,-,5,1、电流的正、负号规定：,电流方向与L的环绕方向服从右手螺旋系时，I为正，否则为负。,三、对安培环路定理的说明,-,6,3、（环流）与曲线的形状无关,与回路外的电流无关，只与包围的电流有关.(何为回路包围的电流?),2、是闭合回路内外所有电流产生的总磁感应强度。,4、安培环路定理只适用于闭合电流，一段载流导线的磁场并不适用。,-,7,-,8,不变,不变,改变,-,9,磁场没有保守性，它是非保守场，或无势场,电场有保守性，它是保守场，或有势场,电力线起于正电荷、止于负电荷。静电场是有源场,磁力线闭合、无自由磁荷磁场是无源场,-,10,四、安培环路定理的应用,给出了：磁场与激发它的并被回路包围的电流的关系,可用于：求解对称电流激发的磁场分布,-,11,.,例1.无限长直载流密绕螺线管内的磁场。,1.证明管内外是均匀磁场,B1,B2,2.证明管外磁场为零,-,12,作一矩形闭合路径MNOPM。,得：,-,13,例2无限大均匀平面电流(面电流密度为i)的磁场,例2无限大均匀面电流(面电流密度为i)的磁场,解,-,14,过环内P点，以半径r作一圆形闭合路径，方向：沿逆时针方向。,思路：,当dR，,例4：无限长载流圆柱体的磁场。,-,16,若电流密度是均匀的，有,通过截面积r2的电流是:,2、对于圆柱体内点P，rR:rR:,-,18,小结：磁场与电场分布的特殊对称情况对比：,球对称：,电场,磁场,不存在,圆柱：,-,19,平面：,电场,磁场,求解：,-,20,9-3磁场对载流导线的作用,一、安培定律,安培力：,一段载流导线在磁场中受力为：,-,21,取电流元,方向,方向,1、均匀磁场中载流直导线所受的作用力：,特例:平行F=0垂直F=ILB,-,22,2.均匀磁场中任意形状导线所受的作用力,受力大小,方向如图所示,建坐标系取分量,积分,取电流元,-,23,在均匀磁场中,任意形状的载流导线所受的磁场力,与其起点和终点相同的载流直导线所受的磁场力是相同的。,结论：,推论,均匀磁场中任意形状闭合载流线圈受合力为零,-,24,上题也可这样证明:,例：,F=2IRB,F0,F=2IRB,-,26,解：,例：求一无限长直载流导线的磁场对另一直载流导线ab的作用力。已知：I1、I2、d、L,应用举例,安培秤（磁秤）可用来测量匀强磁场的磁感应强度：,线圈底边受安培力,与新添加砝码的重力平衡,-,28,1、平行载流导线间相互作用：,二、平行载流导线间相互作用力、“安培”的定义：,同理：,-,29,2、“安培”的定义：,调节使,-,30,三、磁场对载流线圈的作用,抵消。,但不在一条直线上。,1、均匀磁场：,-,31,磁力矩：,-,32,如果线圈有N匝，,对于任意形状的线圈：,讨论：,-,33,结论：,在均匀磁场中，载流线圈无平移，所受的磁力矩总是使磁矩转向的方向。,-,34,例：一半径为R的半圆形闭合线圈，通有电流I，线圈放在均匀外磁场B中，B的方向与线圈平面成300角，如右图，设线圈有N匝，问：,（1）线圈的磁矩是多少？（2）此时线圈所受力矩的大小和方向？,解：（1）线圈的磁矩,pm的方向与B成600夹角,-,35,磁力矩的方向由确定，为垂直于B的方向向上。即从上往下俯视，线圈是逆时针,（2）此时线圈所受力矩的大小为,-,36,9-4带电粒子在电场和磁场中的运动,一、若电场和磁场同时存在：,洛伦兹力,-,37,二、带电粒子在磁场中的运动,粒子做直线运动,粒子做匀速圆周运动,-,38,螺距h：,-,39,电子的反粒子电子偶：,-,40,应用于电子显微镜中。它起了光学透镜聚焦的作用。磁聚焦技术广泛应用于电真空器件中.,匀强磁场对从P点发出的粒子束起磁聚焦作用。,磁聚焦：,-,41,早先的带电粒子加速器是在直线轨道上加速：,1930年，劳伦斯（美）制成回旋加速器。,1939年获诺奖。,回旋加速器：,-,42,载流导体（半导体）薄板、磁场。,霍耳电势差,条件：,原理：,霍耳效应：,-,43,霍耳效应的应用,2、根据霍耳系数的大小的测定，可以确定载流子的浓度3、测定磁场,n型半导体载流子为电子p型半导体载流子为带正电的空穴,1、确定半导体的类型,霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。,-,44,磁流体发电,在导电流体中同样会产生霍耳效应,使高温等离子体（导电流体）以1000ms-1的高速进入发电通道（发电通道上下两面有磁极），由于洛仑兹力作用，结果在发电通道两侧的电极上产生电势差。不断提供高温高速的等离子体，便能在电极上连续输出电能。,-,45,*量子霍尔效应,1980年，在研究半导体在极低温度下（1.5K）和强磁场（18T）中的霍尔效应时，德国物理学家克里青（KlausvonKlitzing）发现霍尔电压和磁场的关系并不是线性的，而是有一系列台阶式的改变，这一效应叫量子霍尔效应，克里青因此荣获1985年诺贝尔物理学奖。,-,46,*分数量子霍尔效应,1982年，美籍华裔科学家崔琦等又发现在更强的磁场和更低的温度下n可以是分数，如1/3,1/4,1/5等，这种现象叫分数量子霍尔效应，崔琦等荣获1998年诺贝尔物理学奖。,-,47,三.带电粒子在非匀强磁场中的运动磁约束与磁牢笼,轴向对称非均匀磁场-磁镜,磁牢笼,-,48,托卡马克装置,EAST外景,-,49,磁约束现象也广泛存在于宇宙空间地磁场内的范阿仑带,-,50,北极光：,-,51,9-6磁场中的磁介质,9-6磁介质介质的磁化,一、磁化：,磁介质置于磁场中受到磁场的作用，使实际磁场不同于原磁场。,总磁场：,原磁场，磁介质激发附加磁场,-,52,为相对磁导率。,定义：,以螺线管为例：,则：,二、磁导率：,-,53,三、磁介质的分类：,*顺磁质：,*抗磁质,如氮、水、铜、金、等。,如氧、铝、钨、等。,*铁磁质,如铁、钴、镍等。,-,54,12-2磁介质中的安培环路定理,一、磁场强度:,为磁场强度，