磁场对载流导体的作用.ppt

1、5 磁场对载流导线的作用,5.1 安培力 叠加原理,计算各种载流回路在外磁场作用下所受的力,5.2平行无限长直导线间的相互作用,电流强度的单位“安培”的定义,一恒定电流，若保持在处于真空中相距1m的两无限长、而圆截面可忽略的平行直导线内，则在此两导线之间产生的力在每米长度上等于2107N，则导线中的电流强度定义为1A（p117） 与P91的定义等价，但注意两个定义表述上的区别,例 如图所示，一根弯曲的刚性导线 载有电流 ，导线放在磁感应强度为 的均匀磁场中， 的方向垂直纸面向外，设 部分是半径为 的半圆， 求该导线所受的合力,在 段上任取一电流元，它所受安培力的大小为 ,的方向向下,5.3矩形

2、载流线圈在均匀磁场中所受力矩,在均匀磁场中 刚性矩形线圈不发生形变； 合力=0，合力矩？,磁矩 m,5.4 载流线圈的磁矩,在均匀磁场中 任意形状线圈 将线圈分割成若干个小窄条 小线圈所受力矩 dL,总力矩,若线圈平面与磁场成任意角度，则可将B分解成,结论：,线圈的磁矩 所受的力矩,磁矩的方向,5.5 磁偶极子与载流线圈的等价性(略),5.6 直流电动机的原理(略),5.7 电流计线圈所受磁偏转力矩(略),6 带电粒子在磁场中的运动,实验证明：运动电荷在磁场中受力,洛仑兹力做功吗？ 洛仑兹力与安培力的关系？,6.1洛仑兹力,例:P125,6.2 洛仑兹力与安培力的关系,电子数密度为n，漂移速度

3、u dl内总电子数为N=nSdl， 每个电子受洛仑兹力f N个电子所受合力总和是安培力吗?,洛伦兹力f 作用在金属内的电子上 安培力 作用在导体金属上,作用在不同的对象上,自由电子受力后，不会越出金属导线，而是将获得的冲量传递给金属晶格骨架，使骨架受到力,证明：,骨架受到的冲力,电子受洛仑兹力的合力,先说明导线中自由电子与宏观电流I的关系 自由电子做定向运动，漂移速度u，电子数密度为n 电流强度I：单位时间内通过单位面积的电量 则在t时间内，通过导体内任一面元S迁移的电量为,电流,j电流密度,N个电子所受合力总和大小,I,传递机制可以有多种，但最终达到稳恒状态时，如图导体内将建立起一个大小相等

4、方向相反的横向电场E（霍尔场） 电子受力：洛伦兹力f ， E的作用力f,带正电的晶格在电场中受到f f与电子所受洛伦兹力f方向相同 安培力是晶格所带电荷受力f的总和,结论：安培力是电子所受洛伦兹力的宏观表现,(问题：这一过程是否与洛仑兹力不作功相矛盾？),洛仑兹力,带电粒子在均匀磁场中的运动,回旋周期或回旋频率与带电粒子的速率及回旋半径无关,3.,螺旋线的半径,回旋周期,螺距,从磁场中某点 发射一束很窄的带电粒子流，它们的速率 都很相近，且与 的夹角 都很小，尽管 会使各个粒子沿不同半径的螺旋线运动，但是 却近似相等，因此的螺距 也近似相等，所以各个粒子经过距离 后又会重新会聚在一起，称之为磁

5、聚焦,螺距,荷质比的测定:,汤姆孙法测荷质比,磁聚焦法测荷质比,交变电场的周期,离子的最终速率,离子的动能,回旋加速器:回旋加速器的基本原理就是利用回旋频率与粒子速度无关的性质,回旋半径,霍耳效应,原理：带电粒子在磁场中运动 样品：导体或半导体长方形样品,载流子：带正电如图a 载流子：带负电如图b 实验表明：,Hall系数,E,E,Hall系数,带电粒子受力平衡时,K取决于载流子浓度和带电的正、负，可正、可负，,霍尔效应的应用,霍耳系数K与导体中的载梳子浓度n成反比 金属导体的载流子浓度n 大K和UH 小 半导体的载流子浓度 n 小K和UH 大 判定半导体的导电类型 、测定载流子浓度 利用半导

6、体材料制成霍耳元件得到广泛的应用 霍耳元件具有结构简单而牢靠、使用方便、成本低廉等优点，所以它在实际中将得到越来越普遍的应用。 测量磁场（恒定、非恒定） 测量直流或交流电路中的电流强度和功率 转换信号，如把直流电流转换成交流电流并对它进行调制；放大直流或交流信号等,带电粒子在非均匀磁场中的运动,如图正带电粒子处于磁感应线所在位置， vB ； 此时，粒子受洛仑兹力FB，F=F|+F F提供向心力，F|指向磁场减弱的方向 粒子也将作螺旋运动，但并非等螺距，回旋半径也会改变,回旋半径因磁场增强而减小，同时，还受到指向磁场减弱方向的作用力,回旋半径因磁场减弱而增大，同时，还受到指向磁场减弱方向的作用力,vB,应用举例,磁镜,粒子在强磁场区受到指向弱磁场方向大力，向弱磁场方向运动“反射”到中央，被约束在两镜之间,洛仑兹力不做功，W也不变,受指向弱磁场方向的力,可以证明:在梯度不太大的非均匀磁场中,带电粒子的磁矩M是个不变量.,地磁场天然的磁镜捕集器,范.阿伦辐射带由地磁场所俘获的带电粒子（绝大部分为质子核电子）组成,等离子体磁约束,等离子体：部分或完全电离的气体。 特点：由大量自由电子和正离子及中性原子、分子组成，宏观上近似中性，即所含正负电荷数处