第11章稳恒磁场B.ppt

1、1,一 .洛仑兹力,大小： f=qBsin,11.6 磁 力,2,1.带电粒子在匀强磁场中的运动,因 f=qBsin =,粒子作匀速率圆周运动。,0，故粒子作匀速直线运动。,3,螺距,4,图 磁聚焦示意图,磁聚焦应用: 电真空器件, 电子显微镜,图 磁约束,磁塞效应 磁镜效应,5,2 .霍耳效应,原因：,稳态：,-eEH=-eB,即 EH= B VH= EH.a=aB,得,ab,I=ne,式中b是导体在磁场方向的厚度。,自由电子受洛仑兹力的作用。,6,金属：自由电子； N型半导体：多数载流子是带负电的电子； P型半导体：多数载流子是带正电的空穴。,用途：测量载流子浓度，测量磁场B。 有的金属(

2、如Be,Zn,Cd,Fe等)会出现反常霍耳效应: 好像这些金属中的载流子是带正电似的。 80年代又发现了在低温、强磁场条件下， 整数量子霍耳效应(获1985年诺贝尔物理奖) ； 分数量子霍耳效应。,金属、半导体和导电流体(如等离子体)都有霍耳效应。,Positive (+) Negative(-),7,解 磁场方向：,又由 R=,垂直纸面向里。,T =,8,例题6.2 电子如图进入匀强磁场(B只存在于x0的空间)。求电子入射点和出射点间的距离，以及y轴与电子轨道曲线包围的面积。,解,入射点和出射点间的距离:,CD=2Rsin,y轴与轨道曲线包围的面积:,o,9,例题6.3 半导体(abc=0.

3、30.50.8cm3 ), I=1mA, B=3000Gs；测得VC-VD=5mv, 问: (1)这是P型还是N型半导体？(2)载流子浓度n=?,解 (1) 由VCVD ,(2),代入I=10-3A, B=0.3T, b=0.310-2m, VH=510-3v,n=1.251020个/m3。,判定是N型。,10,例题6.4 空间存在匀强电磁场。点电荷+q在坐标原点静止释放，它将作什么样的运动? 若轨道最高点P(x,y)处的曲率半径=2y，求：该电荷的最大速率。,解 电荷+q受电场力和洛仑兹力 的作用，作旋轮线运动。,在P点速率最大:,=2y,解得：,11,大小：dF=IdlBsin,方向：,二

4、.安培力,12,其大小： F=IlBsin,方向：,对载流导体，可分为若干电流元积分：,13,在匀强磁场中，弯曲导线受的力等于从起点到终点的直导线所受的力 。,14,又如，匀强磁场中的导线：,圆弧受的力：,力的方向垂直纸面向外。,圆弧受的力：,15,例题6.6 I1 、I2共面，AB=L，求AB受的磁力及对A点的磁力矩。,解,dF=IdlBsin,M=,16,例题6.7 圆电流(I1,R)与沿直径的长直电流I2共面且相互绝缘，求圆电流I1所受的磁力。,解,由对称性可知，圆环受的合力沿x轴的正方向, 而大小为,F=,dF=IdlBsin,17,三 .匀强磁场作用于载流线圈的力矩,由F=IlBsi

5、n ， 可知：,ab: f1=,bc：f2 =NIl2B, 垂直纸面向外;,da：f2=NIl2B, 垂直纸面向内。,ab和cd边受的合力为零，也不产生力矩。,cd：f1=NIl1Bsin , 方向向下。,bc和da边受的合力也为零。但要产生力矩。,Il1B,方向向上；,N,sin ,18,M =,f2,2.,因 pm=NIl1l2，故,19,由M= pmBsin ，磁力矩：, r2,B,M=,解,20,解 (1) 由M=pmBsin，得,M=Iab,J=M/=2.1610-3 (kg.m2),(2)磁力所作的功为,= IabBsin60,B,sin(90- ),21,1.磁介质的种类 磁场中

6、的所有的物质磁介质。,11.7 磁 介 质,电介质极化后，在均匀电介质表面出现极化电荷，电介质中的电场：,磁介质磁化后，在均匀磁介质表面出现磁化电流，磁介质中的磁场：,式中, r叫磁介质的相对磁导率。对真空， r=1。,一. 磁介质的磁化,22,抗磁质相对磁导率r略小于1的磁介质。 顺磁质相对磁导率r略大于1的磁介质。 铁磁质相对磁导率r1 , 而且还随外磁场的大小发生变化的磁介质。 2.抗磁质和顺磁质的磁化 (1)分子磁矩,分子中电子运动的磁效应可用一个圆电流(分子电流)来等效。,23,(2)电子进动与附加磁矩,24,(3)抗磁质和顺磁质的磁化,25,磁化电流是分子内的电荷运动一段段接合而成

7、的,不同于金属中自由电子形成的传导电流。 磁化电流在磁效应方面与传导电流相当，但不存在热效应。,3.磁化电流(束缚电流),26,4 .磁化强度单位体积内分子磁矩的矢量和,5 .磁化电流与磁化强度的关系,设有圆柱体顺磁质，则此磁介质中的总磁矩为,即是分子磁矩的矢量和,27,即：磁化电流面密度J 等于磁化强度M的大小 。,一般情况下, J=M可写成下面的矢量式:,28,闭合路径l所包围的磁化电流的代数和,29,二. 磁介质中的磁场 磁场强度,1.均匀磁介质中的磁场,2.磁介质中的安培环路定理,30,我们定义：磁场强度矢量,这就是磁介质中的安培环路定理。,31,在各向同性磁介质中：,式中, m叫磁介

8、质的磁化率。,令1+m=r相对磁导率, or= 磁导率, 则,32,解 由安培环路定理:,有,H2r =,例题7-1 一细铁环中心周长l=30cm，横截面积S=1.0cm2,密绕N=300匝。当I=32mA时，m=2.010-6wb ， 求铁芯中的磁场强度H，以及铁芯的相对磁导率r 。,NI,33,求铁芯的相对磁导率r 。,=497,34,例题7-2 同轴电缆间充满非铁介质()，流有反向电流I，求H和B的分布。,35,解,及 B= H,H2r,36,0,B=0,I,=0,及 B= H,37,一.高值,铸钢： r =5002200， 硅钢： r =7000,坡莫合金： r =105,小电流能得到强磁场。,二.非线性,作为信号传输器件时，如变压器铁芯、磁头，要尽量工作在线性段，以减小信号的失真。,11.8 铁 磁 质铁、钴、镍和它们的合金,38,三.有磁滞有剰磁现象,Br剩磁,Hc 矫顽力(使铁磁质中的磁场完全消失所需加的反向磁场的大小),磁滞回线肥胖硬磁材料 磁滞回线苗条软磁材料,39,图 软磁材料的 磁滞回线,有较大的剩磁和矫顽力，常用来作永久磁体、记录磁带或电子计算机的记忆元件。,剩磁和矫