磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力洛侖茲力

1、14.1 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 洛侖茲力第14章 磁力14.2 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力 安培力14.3 磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用力矩1 一、洛侖茲力 二、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 三、 霍爾效應(yīng)14.1 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力 洛侖茲力2一 、洛侖茲力 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷施以的磁場(chǎng)力是洛侖茲力。點(diǎn)電荷運(yùn)動(dòng)速度點(diǎn)電荷處于場(chǎng)點(diǎn)處的磁感強(qiáng)度點(diǎn)電荷電量洛侖茲力大小為洛侖茲力對(duì)施力點(diǎn)電荷不作功3 二、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng) 1. 帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)設(shè)均勻磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ，帶電粒子質(zhì)量為m ，電量為q，設(shè)粒子初速度為 。1）粒子運(yùn)動(dòng)方向平行于磁感應(yīng)強(qiáng)度粒子不受力粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)2）粒子運(yùn)動(dòng)方向垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)

2、度粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。4 圓周半徑回旋半徑得半徑與垂直磁場(chǎng)的速度成正比。 粒子運(yùn)動(dòng)的周期表明：同種粒子（m/q相同），不管其垂直磁場(chǎng)方向的速度如何，在同樣均勻磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同。與速度無關(guān) 粒子運(yùn)動(dòng)的磁回旋頻率由5 粒子在垂直磁場(chǎng)的平面里做圓周運(yùn)動(dòng)同時(shí)又沿磁場(chǎng)方向勻速運(yùn)動(dòng) 粒子做螺旋運(yùn)動(dòng)3）粒子運(yùn)動(dòng)速度方向任意 將上述兩種情況綜合。 設(shè)粒子初速度與磁感強(qiáng)度之間夾角為 。6 螺旋半徑 螺距7應(yīng)用 1）電真空器件中的磁聚焦電子槍發(fā)射出一束電子，這束電子動(dòng)能幾乎相同，準(zhǔn)直裝置保證各電子動(dòng)量幾乎平行于磁感線。由于發(fā)散角小，所以各電子各螺距相同粒子源A接收器A每經(jīng)過一個(gè)周期，電子束的各電子再會(huì)聚。

3、82）質(zhì)譜儀同位素分離當(dāng)各類粒子從狹縫穿出92.帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)在非均勻磁場(chǎng)中帶電粒子運(yùn)動(dòng)的特征。1）向磁場(chǎng)較強(qiáng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺旋半徑不斷減小根據(jù)是：磁鏡2）粒子受到的洛侖茲力 恒有一個(gè)指向磁場(chǎng)較弱方向的分力，從而阻止粒子向磁場(chǎng)較強(qiáng)方向的運(yùn)動(dòng)，可使粒子沿磁場(chǎng)方向的速度減小到零 從而反向運(yùn)動(dòng)。101）磁約束 在非均勻磁場(chǎng)中，速度方向與磁場(chǎng)不同的帶電粒子，也要作螺旋運(yùn)動(dòng)，但半徑和螺距都將不斷發(fā)生變化橫向磁約束:強(qiáng)磁場(chǎng)可約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近。 減少粒子的縱向前進(jìn)速度，使粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生“反射” 。縱向磁約束:磁鏡線圈線圈高溫等離子體磁鏡效應(yīng)的典型應(yīng)用能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒子的磁場(chǎng)分布稱為磁鏡約

4、束 磁瓶。11太陽(yáng)風(fēng)與磁層12密度(cm-3)溫度(度)太陽(yáng)核心 磁約束聚 變霓虹燈 北極光 火 焰閃電日冕 氫彈星際空間熒光氣體液 體固 體人類居住環(huán)境慣性聚變星 云太陽(yáng)風(fēng)等離子體參數(shù)空間132）極光由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象。14 在地磁兩極附近，由于磁感線與地面近似垂直，外層空間入射的帶電粒子可直接射入高空大氣層內(nèi)。它們和空氣分子的碰撞產(chǎn)生的輻射就形成了極光。絢麗多彩的極光153）磁流體船B電流BF海水進(jìn)水出水發(fā)動(dòng)機(jī)接發(fā)電機(jī)IF電極16三、 霍爾效應(yīng)1. 霍爾效應(yīng)在磁場(chǎng)中，載流導(dǎo)體或半導(dǎo)體上出現(xiàn)橫向電勢(shì)差的現(xiàn)象。2. 霍爾電壓 霍爾效應(yīng)中產(chǎn)生的電勢(shì)差。如上圖中導(dǎo)體上下兩端面出現(xiàn)電

5、勢(shì)差。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)173. 形成機(jī)制以載流子為正電荷為例說明,設(shè)載流子速度為 。 上端積累了正電荷， 下端積累了負(fù)電荷。 洛侖茲力使載流子橫向漂移, 出現(xiàn)電荷積累。IvBbdfLFeVHE 橫向電場(chǎng)力: 洛倫茲力受力分析: (方向向上)(方向向下) 洛侖茲力與電場(chǎng)力平衡 時(shí)，載流子不再漂移，上下兩端形成電勢(shì)差 。18由于電荷的積累，形成靜電場(chǎng)霍爾電場(chǎng)電荷受電力電勢(shì)差為當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：4. 霍爾系數(shù) 霍爾電阻電流強(qiáng)度n單位體積中的粒子數(shù)霍爾系數(shù)霍爾電阻19討論1）霍爾效應(yīng)的應(yīng)用由式 可測(cè)載流子的正負(fù)和濃度； 可測(cè)磁感強(qiáng)度 。2）量子霍爾效應(yīng) 1980年 德國(guó)物理學(xué)家克里青發(fā)現(xiàn)：霍爾電阻與磁場(chǎng)成非線性關(guān)系，這一效應(yīng)叫量子霍爾效應(yīng)。在極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)下克里青（Klitzing）常量1990年定義RK 的測(cè)量準(zhǔn)確到10 -10研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)（濃度