大學(xué)物理 恒定磁場

載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場磁場對電流有作用一.安培定理大?。河捎沂致菪▌t確定任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場中受到的安培力(1)安培定理是矢量表述式(2)若磁場為勻強(qiáng)場在勻強(qiáng)磁場中的閉合電流受力§7.5磁場對電流的作用討論1xyOAIL此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元例在均勻磁場中放置一任意形狀的導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I求解相當(dāng)于載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中受的力，方向沿y向。2例求兩平行無限長直導(dǎo)線之間的相互作用力？解電流2處于電流1的磁場中同時，電流1處于電流2的磁場中，電流2中單位長度上受的安培力電流1中單位長度上受的安培力3(1)定義:真空中通有同值電流的兩無限長平行直導(dǎo)線，若相距1米，單位長度受力(2)電流之間的磁力符合牛頓第三定律：則電流為1安培。(3)分析兩電流元之間的相互作用力同理

兩電流元之間的相互作用力，一般不遵守牛頓第三定律討論4(4)分析兩根帶電長直線沿長度方向運(yùn)動時，帶電線之間的作用力。

兩帶電線上的電流為

兩帶電線單位長度上的電荷之間的庫侖力在一般情況下，磁場力遠(yuǎn)小于電場力5例求一載流導(dǎo)線框在無限長直導(dǎo)線磁場中的受力和運(yùn)動趨勢解1234方向向左方向向右

整個線圈所受的合力：線圈向左做平動13246二.磁場對平面載流線圈的作用（方向相反在同一直線上）（線圈無平動）對中心的力矩為1.在均勻磁場中的剛性矩形載流線圈（方向相反不在一條直線上）令+A(B)D(C)72.磁場力的功討論(1)線圈若有N匝線圈(2)M作用下，磁通量增加穩(wěn)定平衡負(fù)號表示力矩作正功時

減小非穩(wěn)定平衡(3)非均勻磁場中的平面電流環(huán)線圈有平動和轉(zhuǎn)動8一.洛倫茲力公式?實(shí)驗(yàn)結(jié)果?安培力與洛倫茲力的關(guān)系安培力是大量帶電粒子洛倫茲力的疊加§7.6帶電粒子在磁場中的運(yùn)動9(1)洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動方向垂直，故討論對電荷不作功(2)在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在二.帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動??粒子回轉(zhuǎn)周期與頻率情況10?一般情況帶電粒子作螺旋運(yùn)動?磁聚焦原理粒子源A

很小時接收器A’發(fā)散角不太大的帶電粒子束，經(jīng)過一個周期后，重新會聚11減少粒子的縱向前進(jìn)速度，使粒子運(yùn)動發(fā)生“反射”?磁約束原理在非均勻磁場中，速度方向與磁場不同的帶電粒子，也要作螺旋運(yùn)動，但半徑和螺距都將不斷發(fā)生變化磁場增強(qiáng)，運(yùn)動半徑減少強(qiáng)磁場可約束帶電粒子在一根磁場線附近——橫向磁約束?縱向磁約束在非均勻磁場中，縱向運(yùn)動受到抑制——磁鏡效應(yīng)磁鏡12線圈線圈高溫等離子體?磁鏡效應(yīng)的典型應(yīng)用受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)研究能約束運(yùn)動帶電粒子的磁場分布稱為磁鏡約束——磁瓶?地球的磁約束效應(yīng)——天然磁瓶13地球磁場最大的作用是形成一道屏障:太陽風(fēng)(太陽風(fēng)主要成分為氫原子核)在離地球大約64000公里以外，也就是10倍于地球半徑的地方，以每秒數(shù)百公里的速度飛向地球，不斷沖擊著地球外圍環(huán)境，當(dāng)粒子流進(jìn)入地球附近時，一部分會由于受洛侖茲力作用繞過地球，剩下的會被類似磁鏡的地磁系統(tǒng)俘獲（通常在５至１０個地球半徑外的距離就被攔截到）。過去的7500萬年中，地球磁場的方向至少翻轉(zhuǎn)過170次，平均每隔45萬年翻轉(zhuǎn)一次。而許多學(xué)者甚至認(rèn)為，地球磁極翻轉(zhuǎn)的周期為為25萬年。最近的78萬年里，地球磁場一直沒有反轉(zhuǎn)過。地磁極發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，地磁極極有可能出現(xiàn)暫時消失的情形。14三.霍爾效應(yīng)1879年霍爾發(fā)現(xiàn)在一個通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板面施加一磁場，則板面兩側(cè)會出現(xiàn)微弱電勢差(霍爾效應(yīng))15橫向電場力:洛倫茲力:當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時：實(shí)驗(yàn)結(jié)果受力分析(霍耳系數(shù))ldIab(方向向下)(方向向下)++++––––16(2)區(qū)分半導(dǎo)體材料類型——霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)++++––––++++––––N

型半導(dǎo)體P

型半導(dǎo)體它是研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化）討論(1)通過測量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度17四.運(yùn)動電荷的電磁場??高溫導(dǎo)電氣體沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動部分造成的能量損耗——可提高效率特點(diǎn)：磁場是電場的運(yùn)動效應(yīng)(3)磁流體發(fā)電18一.磁介質(zhì)及其分類1.磁介質(zhì)——任何實(shí)物都是磁介質(zhì)電介質(zhì)放入外場磁介質(zhì)放入外場——相對磁導(dǎo)率

反映磁介質(zhì)對原場的影響程度2.磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強(qiáng)原場如鋅、銅、水銀、鉛等如錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。第10章磁介質(zhì)19鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁場的性質(zhì)——強(qiáng)磁性物質(zhì)二.磁化機(jī)理原子中電子的軌道磁矩1.安培分子環(huán)流的概念和方法電子的自旋磁矩電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數(shù)量級分子磁矩——所有電子磁矩的總和抗磁質(zhì)無外場作用時，對外不顯磁性順磁質(zhì)無外場作用時，由于熱運(yùn)動，對外也不顯磁性20無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場2.磁介質(zhì)的磁化21同向時

反向時抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)的磁化22三.有磁介質(zhì)的磁高斯定理磁介質(zhì)存在時，磁感應(yīng)線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線(含磁介質(zhì)的磁高斯定理)對于任意閉合曲面S23四.有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理1.束縛電流以無限長螺線管為例定義：磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度越強(qiáng)，反映磁介質(zhì)磁化程度越強(qiáng)順磁質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消形成沿表面流動的面電流——束縛電流24結(jié)論：介質(zhì)中磁場由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。順磁質(zhì)——束縛電流密度2.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理用磁化強(qiáng)度描述束縛電流項(xiàng)可證明:25定義磁場強(qiáng)度(磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理)磁介質(zhì)內(nèi)磁場強(qiáng)度沿所選閉合路徑的環(huán)流等于閉合積分路徑所包圍的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。討論

束縛電流與磁化強(qiáng)度設(shè)單位長度上的束縛電流為沿Z方向磁化的介質(zhì)體元26取任意閉合回路L，則磁化強(qiáng)度M

沿L

的積分等于穿過此積分回路圍成的面積上束縛電流強(qiáng)度的代數(shù)和。(普遍關(guān)系式)則，它產(chǎn)生的磁矩介質(zhì)側(cè)面上的束縛電流強(qiáng)度27對于各向同性介質(zhì)，在外磁場不太強(qiáng)的情況下——介質(zhì)的磁化率一定條件下，可用安培環(huán)路定理求解磁場強(qiáng)度，然后再求解磁感應(yīng)強(qiáng)度。28一無限長載流直導(dǎo)線，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對磁導(dǎo)率(2)介質(zhì)內(nèi)外界面上的束縛電流密度例求解根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理(1)磁介質(zhì)中的磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁化強(qiáng)度與束縛電流密度的關(guān)系內(nèi)界面:外界面:29五.鐵磁質(zhì)主要特征在外場中，鐵磁質(zhì)可使原磁場大大增強(qiáng)。撤去外磁場后，鐵磁質(zhì)仍能保留部分磁性。1.磁疇——磁化微觀機(jī)理鐵磁質(zhì)中自發(fā)磁化的小區(qū)域叫磁疇，磁疇中電子的自旋磁矩整齊排列。無磁化方向與有——整個鐵磁質(zhì)的總磁矩為零同向的磁疇擴(kuò)大磁化方向轉(zhuǎn)向的方向使磁場大大增強(qiáng)外場撤去，被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力的阻礙，不能恢復(fù)磁化前的狀態(tài)。磁疇的磁化方向302.宏觀磁化現(xiàn)象——磁滯回線鐵磁質(zhì)中不是線性關(guān)系

剩磁矯頑力(1)實(shí)驗(yàn)證明：各種鐵磁質(zhì)的磁化曲線都是“不可逆”的，具有磁滯現(xiàn)象討論(2)不同材料，矯頑力不同31(4)鐵磁材料的應(yīng)用HC較小HC較大易磁化，易退磁剩磁較強(qiáng)，不易退磁可作變壓器、電機(jī)、電磁鐵的鐵芯可作永久磁鐵軟磁材料硬磁材料(3)鐵磁質(zhì)溫度高于某一溫度TC時,鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì),此臨界溫度稱為居里點(diǎn)。32磁性物質(zhì)的磁性（內(nèi)稟）電子磁性原子核磁性晶態(tài)系統(tǒng)非晶態(tài)系統(tǒng)磁微粒系統(tǒng)磁稀釋系統(tǒng)共線非共線磁無序抗磁性順磁性抗磁性順磁性－－順磁性－－順磁性核抗磁性核順磁性（核磁性）磁有序鐵磁性非共線鐵磁性散鐵磁性超鐵磁性自旋玻璃（玻磁性）核鐵磁性反鐵磁性非共線反鐵磁性散反鐵磁性超反鐵磁性混磁性核反鐵磁性亞鐵磁性非共線亞鐵磁性散亞鐵磁性－－？核亞鐵磁性超順磁性－－33真空中有一邊長為L的正三角形導(dǎo)體框架.另有相互平行并與三角形的bc邊平行的長直導(dǎo)線1和2分別在a點(diǎn)和b點(diǎn)與三角形導(dǎo)體框架相連（如圖所示）.已知直導(dǎo)