1 / 27

§5 磁场对载流导线的作用

§5 磁场对载流导线的作用. 计算各种载流回路在外磁场作用下所受的力. 5.1 安培力 叠加原理. 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 1 m 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 2 10 － 7 N ，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.

carly-barton
Download Presentation

§5 磁场对载流导线的作用

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. §5 磁场对载流导线的作用 计算各种载流回路在外磁场作用下所受的力 5.1 安培力 • 叠加原理 5.2平行无限长直导线间的相互作用

  2. 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210－7N，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

  3. 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．

  4. 解 根据安培定理， 、 两段所受安培力的大小为 ，方向都向下． 在 段上任取一电流元，它所受安培力的大小为 ．

  5. 的方向向下．

  6. 5.3矩形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

  7. 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

  8. 结论： 磁矩的方向 • 线圈的磁矩 • 所受的力矩

  9. 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)

  10. §6 带电粒子在磁场中的运动 6.1洛仑兹力 • 实验证明：运动电荷在磁场中受力 例:P125 • 洛仑兹力做功吗？ • 洛仑兹力与安培力的关系？

  11. 6.2 洛仑兹力与安培力的关系 • 电子数密度为n，漂移速度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

  12. 证明： 电子受洛仑兹力的合力 骨架受到的冲力 • 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 j电流密度 电流

  13. 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' • N个电子所受合力总和大小 • 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？)

  14. 洛仑兹力 时 1. 2. 时 带电粒子在均匀磁场中的运动

  15. 回旋周期或回旋频率与带电粒子的速率及回旋半径无关．回旋周期或回旋频率与带电粒子的速率及回旋半径无关．

  16. 螺旋线的半径 3. 和 分解为

  17. 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，称之为磁聚焦． 回旋周期 螺距

  18. 螺距

  19. 荷质比的测定: 汤姆孙法测荷质比 磁聚焦法测荷质比

  20. 离子的最终速率 离子的动能 回旋半径 交变电场的周期 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

  21. 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： E E Hall系数

  22. 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，

  23. 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

  24. 带电粒子在非均匀磁场中的运动 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 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 vB • 如图正带电粒子处于磁感应线所在位置， vB； • 此时，粒子受洛仑兹力FB，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

  25. 应用举例 受指向弱磁场方向的力 • 磁镜 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. 洛仑兹力不做功，W也不变 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

  26. 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

  27. 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处相等。 • 带电粒子在磁场中沿螺旋线运动 与B成反比 • 强磁场中，每个带电粒子的活动被约束在一根磁力线上，此时，带电粒子回旋中心（引导中心）只能沿磁感应线作纵向运动，不能横越。——磁约束 • 例：受控热核反应——托克马克、磁镜

More Related