電流和磁力課件

電流和磁力一.電流的形成電流：大量帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)§14-1電流和電流密度形成電流的帶電粒子統(tǒng)稱為載流子

傳導(dǎo)電流形成的條件：導(dǎo)體內(nèi)必須有可以移動(dòng)的電荷導(dǎo)體兩端有電勢差，即電壓電流方向：正電荷定向運(yùn)動(dòng)的方向電流是標(biāo)量，所謂的“電流的方向”只是指電流的流向而已

二.電流強(qiáng)度電流密度電流隨時(shí)間變化，則1.電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過某截面的電量方向：正載流子運(yùn)動(dòng)方向大?。和ㄟ^垂直于載流子運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電流強(qiáng)度2.電流密度矢量通過導(dǎo)體中任一有限截面S的電流強(qiáng)度為三.電流密度與電荷的運(yùn)動(dòng)設(shè)電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為u，導(dǎo)體中電子數(shù)密度為n取小柱體，單位時(shí)間內(nèi)通過的電量為考慮電流密度的方向有四.電流的連續(xù)性方程2、在電流場中通過閉合面的電流為2、1、在電流場中通過有限面S的電流為3、根據(jù)守恒定律（3）式叫電流的連續(xù)性方程一.金屬自由電子在外場作用下的運(yùn)動(dòng)：§14-2電流的一種經(jīng)典微觀圖像U0i是無外場是的速度，ti

兩次碰撞間自由飛行的時(shí)間二.電子在外場作用下的運(yùn)動(dòng)平均速度其中：

令：上式中比例系數(shù)稱為金屬的電導(dǎo)率，其倒數(shù)是金屬的電阻率討論：某點(diǎn)處的電流密度只與該點(diǎn)的場強(qiáng)及該點(diǎn)處材料的導(dǎo)電性質(zhì)有關(guān)，與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān)歐姆定律是電場在一段導(dǎo)體內(nèi)引起的總效果的表示；歐姆定律微分形式反映了導(dǎo)體中電流的分布情況三、部分電路歐姆定律對(duì)于一段長為L，截面積為S的導(dǎo)線，兩端的電壓為U時(shí)，通過導(dǎo)線的電流sLUEJI§14-3磁力與電荷運(yùn)動(dòng)人們發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象已有兩千五百多年一.磁現(xiàn)象《呂氏春秋》:“慈石召鐵”----磁石吸鐵性質(zhì)《韓非子·有度》：“司南”----磁石琢磨成的指南針

11世紀(jì)，沈括制造了航海用的指南針，并在《夢溪筆談》中作了詳細(xì)的記載材料：天然磁鐵礦石：四氧化三鐵(Fe3O4)人工磁鐵：氧化鐵(Fe2O3)與一種或多種二價(jià)金屬氧化物(CuO，MnO,BaO等)的粉末混合高溫?zé)Y(jié)而成§14-3

磁現(xiàn)象磁性：可吸引鐵，鎳，鈷等物質(zhì)磁極：兩端處磁性最強(qiáng)磁力：磁極同性相斥，異性相吸指向：懸掛的條形磁鐵會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)向南北方向，指向北方的磁極為北極(N)，指向南方的磁極為南極(S)§14-3二.幾個(gè)重要實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一(奧斯特)揭示出電流可對(duì)磁針施加作用力實(shí)驗(yàn)二(安培)揭示出磁鐵會(huì)對(duì)電流施加作用力§14-3實(shí)驗(yàn)三(安培)揭示出載流導(dǎo)線之間有相互作用力相互吸引相互排斥§14-3

三.安培分子電流假說安培分子電流觀點(diǎn)：物質(zhì)的每個(gè)分子都存在著回路電流----分子電流結(jié)論：磁現(xiàn)象的本源是電荷的運(yùn)動(dòng)分子電流作定向排列，則宏觀上就會(huì)顯現(xiàn)出磁性來§14-3

一、磁作用通過磁場進(jìn)行磁場運(yùn)動(dòng)電荷(電流)運(yùn)動(dòng)電荷(電流)磁場磁鐵磁鐵電流電流§14-4§14-4磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度

討論：無論電荷靜止還是運(yùn)動(dòng)，都會(huì)激發(fā)電場，所以電荷間都存在庫侖作用運(yùn)動(dòng)的電荷才會(huì)激發(fā)磁場，即只有運(yùn)動(dòng)電荷之間才存在磁的相互作用

二、.磁感應(yīng)強(qiáng)度場中各點(diǎn)都有一特定方向，電荷沿該方向(或其反方向)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電荷不受磁力作用速度為的電荷q進(jìn)入磁場中則----為該點(diǎn)處的磁場方向運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁力方向總是同時(shí)垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向和磁場方向磁力與電荷電量q、電荷運(yùn)動(dòng)速率v及電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向間的夾角

有關(guān)，滿足定義：----磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小單位：特斯拉(T)或磁感應(yīng)強(qiáng)度是矢量§14-4

三.磁力線(磁感應(yīng)線)規(guī)定：曲線上任一點(diǎn)的切線方向?yàn)樵擖c(diǎn)處的磁場方向通過某點(diǎn)垂直于的單位面積的磁力線數(shù)(磁力線密度)為該點(diǎn)的大小與電力線的區(qū)別：磁力線是一系列圍繞電流、首尾相接的閉合曲線§14-4§14-4四、磁通量:通過某面積的磁通量的定義:國際單位制：韋伯

一.洛侖茲力----洛侖茲力常表示為§14-5帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

討論:洛侖茲力與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，即它對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不作功。它只改變電荷的運(yùn)動(dòng)方向，而不改變運(yùn)動(dòng)速度的大小空間中存在電場和磁場時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷受力§14-5

設(shè)帶電粒子q以初速進(jìn)入均勻磁場二.帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

：

:作勻速直線運(yùn)動(dòng)在垂直于磁場的平面內(nèi)作勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期§14-5

與斜交：----平行于磁場勻速運(yùn)動(dòng)----垂直于磁場作勻速圓周運(yùn)動(dòng)回旋半徑螺距運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋線§14-52、帶電粒子在非勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子也要做螺旋運(yùn)動(dòng)，但半徑和螺距都要不斷地變化。qB非勻強(qiáng)磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的作用力磁瓶一、.霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)：載流導(dǎo)體薄板放入與板面垂直的磁場中，板上下端面間產(chǎn)生電勢差UH的現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)表明

RH：霍耳系數(shù)，與材料有關(guān)§14-6霍耳效應(yīng)§14-6

二、.機(jī)理分析設(shè)導(dǎo)體板內(nèi)自由電子的平均定向速度為,單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n平衡時(shí)§14-6霍耳電勢差比較可得§14-6

對(duì)正電荷載流子§14-6

討論：導(dǎo)體中自由電子的濃度很大(約1029/m3)，霍耳效應(yīng)不明顯；半導(dǎo)體有明顯的霍耳效應(yīng)n型半導(dǎo)體：載流子以電子為主p型半導(dǎo)體：以帶正電的空穴為主測定霍耳系數(shù)(或霍耳電勢差)：可判定載流子正負(fù)，測定載流子濃度§14-6

取電流元，方向?yàn)殡娏髁飨蛟O(shè)電流元所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

§14-7載流導(dǎo)線在磁場中受的力和力矩一、載流導(dǎo)線在磁場中受的力電流元中所有電子受洛侖茲力之和為§14-7----安培定律對(duì)于任意形狀的載流導(dǎo)線§14-7

[例1]一載有電流I、半徑為R的半圓形導(dǎo)線,放在均勻磁場中,磁場與導(dǎo)線平面垂直,求該導(dǎo)線所受安培力解：建立如圖坐標(biāo)系取電流元所受安培力大小方向沿徑向向外§14-7

由對(duì)稱性知，合力方向沿y軸正向方向向上矢量式:問題：A到B載流直導(dǎo)線結(jié)果如何？§14-7

解：建立如圖的坐標(biāo)系任取電流元[例2]一彎曲通有電流I的平面導(dǎo)線，端點(diǎn)A、B距離為L，均勻磁場垂直于導(dǎo)線所在平面，求導(dǎo)線所受磁力§14-7同理矢量式:問題：從A到B的載流直導(dǎo)線結(jié)果如何？§14-7

討論：對(duì)任意形狀的導(dǎo)線，在任意方向的均勻磁場中，可用等效直導(dǎo)線方法計(jì)算所受磁力閉合電流回路在均勻磁場中所受磁力為零§14-7

[例3]如圖的導(dǎo)線，通有電流I，放在一個(gè)與均勻磁場垂直的平面上，求此導(dǎo)線受到的磁力解:設(shè)想添加da

直導(dǎo)線構(gòu)成閉合回路abcda建立坐標(biāo)系§