磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)2

1、第七章 磁場(chǎng)與電磁感應(yīng)7-1 磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度7-2 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力7-3 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用7-4 物質(zhì)的磁性7-5 電磁感應(yīng)7-6 電磁場(chǎng)理論1 運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力方向：右手螺旋，即以右手四指由 經(jīng)小于 的角彎向 ，拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向.7-2 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力7.2.1 洛侖茲力 (Lorentz force)大小:2舉例：帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 回旋半徑和回旋頻率 洛侖茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功. 洛侖茲力只改變運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向,不改變其速度的大小;只改變其動(dòng)量,不改變其動(dòng)能.3應(yīng)用：正電子的發(fā)現(xiàn) 回旋加速器C.D.安德森 (1905-1991)

2、(Carl David Anderson)美國(guó)加州理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家1932年發(fā)現(xiàn)正電子1936年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)4質(zhì)譜儀的示意圖質(zhì)譜儀7072737476鍺的質(zhì)譜（在 B0 中）（在 B 中）_+速度選擇器照相底片.5 磁聚焦應(yīng)用: 電子光學(xué),電子顯微鏡等 .6 When a charged particle moves in such a field, which is strong at both ends and weak in the middle, the particle becomes trapped and moves back and forth spiraling aro

3、und the field lines. Magnetic Bottle7 LHC 安裝在周長(zhǎng)為27 公里的LEP 的隧道中，圖中是LHC 弧區(qū)的超導(dǎo)磁鐵，在全環(huán)共有1232 塊超導(dǎo)偏轉(zhuǎn)磁鐵，392 塊超導(dǎo)四極磁鐵，和許多其他磁鐵和設(shè)備。LHC 可以把質(zhì)子束加速到7TeV。LHC是迄今為止人類(lèi)建造的最大的加速器裝置，它將在2007 年底建成。建成后科學(xué)家將能用以尋找他們夢(mèng)寐以求的希格斯粒子，重現(xiàn)和觀察大爆炸后早期宇宙的現(xiàn)象。歐洲核子研究中心CERN8 BEPCII 設(shè)備的制造和安裝已基本完成，正在進(jìn)行束流調(diào)試，整個(gè)工程計(jì)劃在2008 年完成。BEPCII建成后，有望在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里保持在粲能區(qū)

4、的國(guó)際領(lǐng)先地位，做出一批原創(chuàng)性的物理成果。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)Beijing Electron Positron Collider簡(jiǎn)稱(chēng)BEPC 97.2.2 霍爾效應(yīng) (Hall effect)1897年，E. H. Hall 在均勻的磁場(chǎng)中放入通有電流的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片，使薄片平面垂直于磁場(chǎng)方向，這時(shí)在薄片的兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫霍耳效應(yīng)，產(chǎn)生的電勢(shì)差稱(chēng)為霍耳電勢(shì)差.10The Electromagnetic Hall effect7.2.2 霍爾效應(yīng) (Hall effect)1897年，E. H. Hall 在均勻的磁場(chǎng)中放入通有電流的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片，使薄

5、片平面垂直于磁場(chǎng)方向，這時(shí)在薄片的兩側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，這種現(xiàn)象叫霍耳效應(yīng)，產(chǎn)生的電勢(shì)差稱(chēng)為霍耳電勢(shì)差.11+ + + + + - - - - -+I霍耳電壓霍耳系數(shù)霍爾效應(yīng) (Hall effect)12霍耳效應(yīng)的應(yīng)用2）測(cè)量磁場(chǎng)1）判斷半導(dǎo)體的類(lèi)型霍耳電壓P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體I+_+ + +_ _ _ _ _+ + +I+_13量子霍爾效應(yīng)1980年，德國(guó)物理學(xué)家馮克利青（Klaus Von Klitzing, 1943） 1985年的諾貝爾獎(jiǎng) 在研究低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下半導(dǎo)體的霍耳效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn) 與 不再是線性的，而是量子化的. 霍耳電阻 馮克利青常數(shù) 的測(cè)定值可以精確到 ，所以量子霍耳效應(yīng)被用來(lái)

6、定義電阻的標(biāo)準(zhǔn).147.3.1 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力安培力每個(gè)載流子均受洛侖茲力 7-3 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力 載流導(dǎo)線中的大量載流子在磁場(chǎng)中做定向運(yùn)動(dòng)受到的洛侖茲力作用, 通過(guò)載流子與導(dǎo)線晶格的碰撞, 將作用力傳遞給載流導(dǎo)線, 結(jié)果就表現(xiàn)為載流導(dǎo)線受到的磁場(chǎng)作用力. 15有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線所受的安培力上式即磁場(chǎng)對(duì)電流元的作用力安培力 (安培定律)S電流元 Idl 中所有載流子數(shù)所受洛侖茲力之和大?。悍较颍河沂致菪?6I1I2例5 兩無(wú)限長(zhǎng)平行載流直導(dǎo)線的間距為a, 分別通有電流I1和I2 , 試求其間每單位長(zhǎng)度所受的作用力.解I2dl2I1dl117 A, B D, C7.3.2 磁場(chǎng)對(duì)載流

7、線圈的作用 載流線圈的磁矩均勻磁場(chǎng)中有一矩形載流線圈ABCDI合力矩不為零18 A, B D, C定義：磁偶極矩線圈有匝 N 時(shí)方向？磁矩191. 均勻磁場(chǎng)中, 任何形狀剛性平面載流線圈所受的力和力矩為2. 力矩M總是力圖使線圈磁矩Pm轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)B 的方向磁場(chǎng)對(duì)磁矩的取向作用. A, B D, C討論20+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -回顧：電介質(zhì)的極化束縛電荷電位移矢量 (electric displacement)均勻各相同性介質(zhì)7-4 物質(zhì)的磁性21無(wú)外磁場(chǎng)分子電流有外磁場(chǎng)7.4.1 磁介

8、質(zhì)的磁化 (magnetization)7-4 物質(zhì)的磁性順磁質(zhì)磁化電流22真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁化后介質(zhì)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度相對(duì)磁導(dǎo)率衡量磁介質(zhì)的磁化程度大小和方向隨磁介質(zhì)而異磁介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生23(1) r 1 BB0 順磁質(zhì) (paramagnetic substance) (鋁、氧、錳等)(2) r 1 B1 BB0 鐵磁質(zhì) (ferromagnetics) (鐵、鈷、鎳等) 弱磁質(zhì)強(qiáng)磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率7.4.2 順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)24定義：磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率 (permeability) 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理7.4.3 有介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng) 磁場(chǎng)強(qiáng)度輔助量：磁場(chǎng)強(qiáng)度 H (magnetic field intensity)單位: Am-1實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)于各向同性的磁介質(zhì),有 可以證明：25例7-8：同軸電纜中金屬芯線的半徑為 ，共軸金屬圓筒的半徑為 ，中間充以磁介質(zhì)（磁導(dǎo)率為 ）,現(xiàn)將芯線和圓筒分別和電池兩極相接，若金屬芯線內(nèi)的磁場(chǎng)可略去，求此同軸電纜激發(fā)的磁場(chǎng).解H 的安培環(huán)路定理26小結(jié)1. 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力2. 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力安培力平面載流線圈在均勻磁場(chǎng)中受到的磁力矩洛侖茲力27輔助量：磁場(chǎng)強(qiáng)度 H (magnetic field intensity)單位: Am-13. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理