磁力與磁場總結(jié)

會(huì)計(jì)學(xué)1磁力與磁場總結(jié)2電荷對(duì)觀察者的速度？應(yīng)用：▲霍耳效應(yīng)-BqFmFev霍耳電勢(shì)差：KH

霍耳系數(shù)判斷載流子種類，測量載流子濃度，測磁場等。思考：電荷是相對(duì)磁場的速度，I+++++++++++++++________++++++-----EHBhb還是（應(yīng)是后者）第1頁/共27頁3霍耳電阻在極低溫、強(qiáng)磁場下量子霍耳效應(yīng)：克里青（Klitzing）常量1990年定義RK的測量準(zhǔn)確到10-101980年克里青發(fā)現(xiàn)，B/Tn=4n=3n=21.39K，25.52A51015第2頁/共27頁4分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)：

崔琦和施特默（St?rmer）發(fā)現(xiàn)在更強(qiáng)的磁場下（B>20T），n可以是分?jǐn)?shù)，如1/3、1/5、1/2、1/4等，這稱為分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。

克里青獲得了1985年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。施特默和崔琦獲得了1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)及其理論解釋是我們認(rèn)識(shí)宏觀量子現(xiàn)象的一次重要突破。勞克林（Laughlin）成功地給出了理論解釋。該效應(yīng)表明，有攜帶分?jǐn)?shù)電荷的準(zhǔn)粒子存在。勞克林、第3頁/共27頁5▲磁聚焦v∥v⊥θqvBRAABh磁聚焦▲磁約束qFm▲磁流體發(fā)電▲加速器▲電磁軌道炮第4頁/共27頁6在地磁兩極附近，由于磁感線與地面垂直，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。絢麗多彩的極光第5頁/共27頁7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電極第6頁/共27頁8電磁軌道炮（習(xí)題8.24）在1ms內(nèi)，彈塊速度可達(dá)10km/s~106g，~106A第7頁/共27頁92.安培力BIdldF（電流元）I

對(duì)圓電流圈（或任意平面電流線圈）：對(duì)線電流：均可用來定義磁感強(qiáng)度演示安培力ISm第8頁/共27頁10二.磁場的規(guī)律

1.基本定律（1）畢—

薩定律——真空的磁導(dǎo)率PI電流元不在自身方向上激發(fā)磁場。第9頁/共27頁11（2）疊加原理POPI

電流元的磁感應(yīng)線在垂直于電流元的平面內(nèi)，磁感應(yīng)線繞向與電流流向成右手螺旋關(guān)系。是圓心在電流元軸線上的一系列同心圓。第10頁/共27頁12

2.基本性質(zhì)（基本定理）（1）磁通連續(xù)原理（）

這說明線閉合，無頭無尾，S也就是不存在單獨(dú)磁荷（磁單極子）。因此，磁場是不發(fā)散的（無源場）：第11頁/共27頁13*磁單極（magneticmonopole）：1931

，Dirac預(yù)言了磁單極子的存在。量子理論給出電荷q和磁荷qm存在關(guān)系：磁單極子質(zhì)量：根據(jù)電和磁的對(duì)稱性：qm—磁荷這么大質(zhì)量的粒子尚無法在加速器中產(chǎn)生。只要存在磁單極子就能證明電荷的量子化。第12頁/共27頁14人們希望從宇宙射線中捕捉到磁單極子。

斯坦福大學(xué)Cabrera等人的研究組利用超導(dǎo)線圈中磁通的變化測量來自宇宙的磁單極子。qm電感LI超導(dǎo)線圈有磁單極子穿過時(shí)，感應(yīng)電流記錄到了預(yù)期電流的躍變。I1982.2.14,13:53t以后再未觀察到此現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中采用了直徑5cm的鈮線圈4匝。經(jīng)過151天的連續(xù)等待，1982.2.14自動(dòng)記錄儀第13頁/共27頁15（2）安培環(huán)路定理L電流分布I2<0I1>0目前仍然不能在實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)磁單極子存在。第14頁/共27頁16說明：——1）安培環(huán)路定理只適用于穩(wěn)恒電流（閉合或伸展到）；3）中的是全空間電流的貢獻(xiàn)；

4）說明磁場為非保守場（渦旋場）。I內(nèi)流向與L繞向成左手關(guān)系時(shí)為負(fù)；I1>0I2<0LnS

2）I內(nèi)流向與L繞向成右手關(guān)系時(shí)I內(nèi)為正，第15頁/共27頁17各種典型的磁感應(yīng)線的分布：直線電流的磁感線圓形電流的磁感線第16頁/共27頁18直螺線管電流的磁感線環(huán)形螺線管電流的磁感線第17頁/共27頁19三.應(yīng)用基本定理分析磁場舉例例1證明不存在球?qū)ΨQ輻射狀磁場：證：選半徑為r的球面為高斯面S，由題設(shè)有：

這與矛盾。∴不存在形式的磁場。rSB第18頁/共27頁20SN.證明不存在突然降到零的磁場。證：L選圖示的閉合回路L，應(yīng)有：但圖示情況所以不存在這樣的磁場。SN實(shí)際情況應(yīng)有邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)L例2第19頁/共27頁21例3已知：無限長直密繞載流螺線管n、I。求：管內(nèi)、外磁感強(qiáng)度。解：∵n大（密繞），∴螺距小，由無限長條件和軸對(duì)稱，有：螺線管可簡化為由一匝匝平面圓電流圈并排排列所組成。

該電流系統(tǒng)對(duì)圖示反射用對(duì)稱性原理分析：

是軸矢量。

經(jīng)鏡像反射不變，

經(jīng)空間反演變號(hào)，面鏡像對(duì)稱，.BrBzBr......znII故應(yīng)有第20頁/共27頁22由，有：有：和安培環(huán)路定理導(dǎo)出。的結(jié)論也可以由的高斯定理由IlnrL環(huán)路高斯面S第21頁/共27頁23由，z與I的流向成右手螺旋關(guān)系。有：有：......znILB0B內(nèi)......znI...B0LB外l（安）第22頁/共27頁24（書P274思8.11）思考：磁場如何？答：螺線管的每圈電流都圓電流疊加而成?？煽闯墒菬o數(shù)大大小小的IIn布來看，截面形狀任意的密繞長直螺線管可看成無數(shù)大大小小的圓截面螺線管疊加而成。管內(nèi)仍是均勻場管外場強(qiáng)仍為零。故從電流分問：對(duì)截面任意的短粗螺線管能否這樣處理？截面形狀任意的密繞長直螺線管內(nèi)外的第23頁/共27頁25[附]

第七、八章中有關(guān)名詞的英文名稱磁學(xué)─magnetism磁體─magnet磁場─magneticfield磁感（應(yīng)）強(qiáng)度─magneticinduction磁感（應(yīng)）線─magneticinductionline磁通量─magneticflux磁荷─magneticcharge磁單極子─magneticmonopole線圈─coil螺線管─solenoid第24頁/共27頁26螺繞環(huán)─torus磁力─magneticforce洛侖茲力─Lorentzforce電流元─currentelement安培力─Ampereforce右手螺旋定則─right-handscrewrule畢─薩定律─Biot-Savartlaw磁通連續(xù)原理─principleofthecontinuityofmagneticflux磁場的高斯定理─

Gausslawformagnetism安培環(huán)路定理─Amperecircuitaltheorem第25頁/共27頁27霍爾效應(yīng)─Halleffect磁聚焦─magneticfocusing磁透鏡─magneticlens磁鏡