磁力与磁场总结.ppt

1、1,2,目 录,一. 磁力的规律,二 . 磁场的规律,附 第七、八章中有关名词的英文名称,三. 应用基本定理分析磁场举例,3,一.磁力的规律,1. 洛仑兹力,定义,电荷对观察者的速度？,思考,电荷是相对磁场的速度，,还是,（应是后者）,阴极射线管演示洛仑兹力（KD033）,4,应用：, 霍耳效应,霍耳电势差：,KH 霍耳系数,判断载流子种类，,测量载流子浓度，,测磁场等。,霍耳电阻,5,在极低温、强磁场下,*量子霍耳效应：,克里青（Klitzing）常量,1990年定义,RK 的测量准确到10 -10,1980年克里青发现，,6,*分数量子霍耳效应：,崔琦和施特默（Strmer）发现在更强的磁

2、场下（B 20 T），n 可以是分数，如1/3、1/5、1/2、1/4等，这称为分数量子霍耳效应。,获得了1985年诺贝尔物理学奖。,默和崔琦获得了1998年诺贝尔物理学奖。,整数和分数量子霍耳效应及其理论解释是我们认识宏观量子现象的一次重要突破。,劳克林（Laughlin）成功地给出了理论解释。,该效应表明，有携带分数电荷的准粒子存在。,劳克林、施特,克里青,7, 磁聚焦,A,A,磁聚焦, 磁约束,8, 磁流体发电, 加速器, 磁 流 体 船,9,在1ms内，弹块速度可达10km/s, 10 6 g ，, 电磁轨道炮（书 P280 习题 8.24）,10,在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直

3、，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光。,绚丽多彩的极光,11,2.安培力,对圆电流圈（或任意平面电流线圈）：,对线电流：,安培力（KD030）,载流平行直导线的相互作用（KD29）,12,二 . 磁场的规律,1.基本定律,（1）毕 萨定律, 真空的磁导率,电流元不在自身方向上激发磁场。,13,（2）叠加原理,电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内，,磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系。,是圆心在电流元轴线上的一系列的同心圆。,演示,直线电流产生的磁场（KD027）,14,2.基本性质（基本定理）,（1）磁通连续原理 （ ）,这说明 线闭合

4、，无头无尾，,也就是不存在单独磁荷（磁单极子）。,因此，磁场是不发散的（无源场）：,15,*磁单极（magnetic monopole）：,1931 ，Dirac预言了磁单极子的存在。,量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：,磁单极子质量：,根据电和磁的对称性：,qm 磁荷,这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。,只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。,16,人们希望从宇宙射线中捕捉到磁单极子。,斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。,有磁单极子穿过时，感应电流,记录到了预期电流的跃变，,但以后再未观察到此现象。,实验中采用了直径5cm的,铌线圈4

5、匝。,经过151天的连,续等待，,1982.2.14自动记录仪,17,（2）安培环路定理,目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。,18,几点说明：,1）安培环路定理只适用于稳,3 中的 是全空间电流的贡献；,4） 说明磁场为非保守场（涡旋场）。,I内 流向与L绕向成左手关系时为负；,I1 0,I2 0,恒电流（闭合或伸展到）；,19,各种典型的磁感应线的分布：,直线电流的磁感线,圆形电流的磁感线,20,直螺线管电流的磁感线,环形螺线管电流的磁感线,21,三. 应用基本定理分析磁场举例,例1 证明不存在球对称辐射状磁场：,证：,选半径为 r 的球面为高斯面 S，,由题设有：,这与 矛盾。, 不存

6、在 形式的磁场。,22,证明不存在突然降到零的磁场。,证：,选图示的闭合回路 L，,应有：,但图示情况,所以不存在这样的磁场。,实际情况应有边缘效应。,例2,以保证,23,面镜像对称，,例3已知：无限长直密绕载流螺线管 n、 I。,求：管内、外磁感强度。,解：,n大（密绕），螺距小，,由无限长条件和轴对称，有：,螺线管可简化,为由一匝匝平面圆电流圈并排排列所组成。,该电流系统对图示反射,用对称性原理分析：,是轴矢量。,经镜像反射不变，,经空间反演变号，,故应有,24,由 ，,有：,有：,也可以由 的高斯定理和安培环路定理导出：,由,25,由 ，,z与I的流向成右手螺旋关系。,（安）,即长直螺线

7、管内为均匀磁场，管外磁场为0。,26,（书P274 思考题 8.11）,思考,磁场如何？,答：,螺线管的每圈电流都,圆电流叠加而成。,可看成是无数大大小小的,布来看，,截面形状任意的密绕长直,螺线管可看成无数大大小小的圆截,面螺线管叠加而成。,所以管内仍是,管外场强仍为零。,故从电流分,问：对截面任意的短粗螺线管能否这样处理？,截面形状任意的密绕长直螺线管内外的,均匀场B = 0nI，,27,附 第七、八章中有关名词的英文名称,磁学 magnetism 磁体 magnet 磁场 magnetic field 磁感（应）强度 magnetic induction 磁感（应）线 magnetic

8、induction line 磁通量 magnetic flux 磁荷 magnetic charge 磁单极子 magnetic monopole 线圈 coil 螺线管 solenoid,28,螺绕环 torus 磁力 magnetic force 洛仑兹力 Lorentz force 电流元 current element 安培力 Ampere force 右手螺旋定则 right-hand screw rule 毕萨定律 Biot-Savart law 磁通连续原理 principle of the continuity of magnetic flux 磁场的高斯定理 Gauss law for magnetism 安培环路定理 Ampere circuital theorem,29,霍尔效应 Hall effect 磁聚焦 magnetic