第11章穩(wěn)恒磁場(chǎng)B.ppt

1、1,一 .洛侖茲力,大小： f=qBsin,11.6 磁 力,2,1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),因 f=qBsin =,粒子作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)。,0，故粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)。,3,螺距,4,圖 磁聚焦示意圖,磁聚焦應(yīng)用: 電真空器件, 電子顯微鏡,圖 磁約束,磁塞效應(yīng) 磁鏡效應(yīng),5,2 .霍耳效應(yīng),原因：,穩(wěn)態(tài)：,-eEH=-eB,即 EH= B VH= EH.a=aB,得,ab,I=ne,式中b是導(dǎo)體在磁場(chǎng)方向的厚度。,自由電子受洛侖茲力的作用。,6,金屬：自由電子； N型半導(dǎo)體：多數(shù)載流子是帶負(fù)電的電子； P型半導(dǎo)體：多數(shù)載流子是帶正電的空穴。,用途：測(cè)量載流子濃度，測(cè)量磁場(chǎng)B。 有的金屬(

2、如Be,Zn,Cd,Fe等)會(huì)出現(xiàn)反常霍耳效應(yīng): 好像這些金屬中的載流子是帶正電似的。 80年代又發(fā)現(xiàn)了在低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)條件下， 整數(shù)量子霍耳效應(yīng)(獲1985年諾貝爾物理獎(jiǎng)) ； 分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)。,金屬、半導(dǎo)體和導(dǎo)電流體(如等離子體)都有霍耳效應(yīng)。,Positive (+) Negative(-),7,解 磁場(chǎng)方向：,又由 R=,垂直紙面向里。,T =,8,例題6.2 電子如圖進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(B只存在于x0的空間)。求電子入射點(diǎn)和出射點(diǎn)間的距離，以及y軸與電子軌道曲線包圍的面積。,解,入射點(diǎn)和出射點(diǎn)間的距離:,CD=2Rsin,y軸與軌道曲線包圍的面積:,o,9,例題6.3 半導(dǎo)體(abc=0.

3、30.50.8cm3 ), I=1mA, B=3000Gs；測(cè)得VC-VD=5mv, 問(wèn): (1)這是P型還是N型半導(dǎo)體？(2)載流子濃度n=?,解 (1) 由VCVD ,(2),代入I=10-3A, B=0.3T, b=0.310-2m, VH=510-3v,n=1.251020個(gè)/m3。,判定是N型。,10,例題6.4 空間存在勻強(qiáng)電磁場(chǎng)。點(diǎn)電荷+q在坐標(biāo)原點(diǎn)靜止釋放，它將作什么樣的運(yùn)動(dòng)? 若軌道最高點(diǎn)P(x,y)處的曲率半徑=2y，求：該電荷的最大速率。,解 電荷+q受電場(chǎng)力和洛侖茲力 的作用，作旋輪線運(yùn)動(dòng)。,在P點(diǎn)速率最大:,=2y,解得：,11,大?。篸F=IdlBsin,方向：,二

4、.安培力,12,其大小： F=IlBsin,方向：,對(duì)載流導(dǎo)體，可分為若干電流元積分：,13,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，彎曲導(dǎo)線受的力等于從起點(diǎn)到終點(diǎn)的直導(dǎo)線所受的力 。,14,又如，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的導(dǎo)線：,圓弧受的力：,力的方向垂直紙面向外。,圓弧受的力：,15,例題6.6 I1 、I2共面，AB=L，求AB受的磁力及對(duì)A點(diǎn)的磁力矩。,解,dF=IdlBsin,M=,16,例題6.7 圓電流(I1,R)與沿直徑的長(zhǎng)直電流I2共面且相互絕緣，求圓電流I1所受的磁力。,解,由對(duì)稱性可知，圓環(huán)受的合力沿x軸的正方向, 而大小為,F=,dF=IdlBsin,17,三 .勻強(qiáng)磁場(chǎng)作用于載流線圈的力矩,由F=IlBsi

5、n ， 可知：,ab: f1=,bc：f2 =NIl2B, 垂直紙面向外;,da：f2=NIl2B, 垂直紙面向內(nèi)。,ab和cd邊受的合力為零，也不產(chǎn)生力矩。,cd：f1=NIl1Bsin , 方向向下。,bc和da邊受的合力也為零。但要產(chǎn)生力矩。,Il1B,方向向上；,N,sin ,18,M =,f2,2.,因 pm=NIl1l2，故,19,由M= pmBsin ，磁力矩：, r2,B,M=,解,20,解 (1) 由M=pmBsin，得,M=Iab,J=M/=2.1610-3 (kg.m2),(2)磁力所作的功為,= IabBsin60,B,sin(90- ),21,1.磁介質(zhì)的種類(lèi) 磁場(chǎng)中

6、的所有的物質(zhì)磁介質(zhì)。,11.7 磁 介 質(zhì),電介質(zhì)極化后，在均勻電介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷，電介質(zhì)中的電場(chǎng)：,磁介質(zhì)磁化后，在均勻磁介質(zhì)表面出現(xiàn)磁化電流，磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)：,式中, r叫磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。對(duì)真空， r=1。,一. 磁介質(zhì)的磁化,22,抗磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率r略小于1的磁介質(zhì)。 順磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率r略大于1的磁介質(zhì)。 鐵磁質(zhì)相對(duì)磁導(dǎo)率r1 , 而且還隨外磁場(chǎng)的大小發(fā)生變化的磁介質(zhì)。 2.抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的磁化 (1)分子磁矩,分子中電子運(yùn)動(dòng)的磁效應(yīng)可用一個(gè)圓電流(分子電流)來(lái)等效。,23,(2)電子進(jìn)動(dòng)與附加磁矩,24,(3)抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的磁化,25,磁化電流是分子內(nèi)的電荷運(yùn)動(dòng)一段段接合而成

7、的,不同于金屬中自由電子形成的傳導(dǎo)電流。 磁化電流在磁效應(yīng)方面與傳導(dǎo)電流相當(dāng)，但不存在熱效應(yīng)。,3.磁化電流(束縛電流),26,4 .磁化強(qiáng)度單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和,5 .磁化電流與磁化強(qiáng)度的關(guān)系,設(shè)有圓柱體順磁質(zhì)，則此磁介質(zhì)中的總磁矩為,即是分子磁矩的矢量和,27,即：磁化電流面密度J 等于磁化強(qiáng)度M的大小 。,一般情況下, J=M可寫(xiě)成下面的矢量式:,28,閉合路徑l所包圍的磁化電流的代數(shù)和,29,二. 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng) 磁場(chǎng)強(qiáng)度,1.均勻磁介質(zhì)中的磁場(chǎng),2.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,30,我們定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量,這就是磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理。,31,在各向同性磁介質(zhì)中：,式中, m叫磁介

8、質(zhì)的磁化率。,令1+m=r相對(duì)磁導(dǎo)率, or= 磁導(dǎo)率, 則,32,解 由安培環(huán)路定理:,有,H2r =,例題7-1 一細(xì)鐵環(huán)中心周長(zhǎng)l=30cm，橫截面積S=1.0cm2,密繞N=300匝。當(dāng)I=32mA時(shí)，m=2.010-6wb ， 求鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，以及鐵芯的相對(duì)磁導(dǎo)率r 。,NI,33,求鐵芯的相對(duì)磁導(dǎo)率r 。,=497,34,例題7-2 同軸電纜間充滿非鐵介質(zhì)()，流有反向電流I，求H和B的分布。,35,解,及 B= H,H2r,36,0,B=0,I,=0,及 B= H,37,一.高值,鑄鋼： r =5002200， 硅鋼： r =7000,坡莫合金： r =105,小電流能得到強(qiáng)磁場(chǎng)。,二.非線性,作為信號(hào)傳輸器件時(shí)，如變壓器鐵芯、磁頭，要盡量工作在線性段，以減小信號(hào)的失真。,11.8 鐵 磁 質(zhì)鐵、鈷、鎳和它們的合金,38,三.有磁滯有剰磁現(xiàn)象,Br剩磁,Hc 矯頑力(使鐵磁質(zhì)中的磁場(chǎng)完全消失所需加的反向磁場(chǎng)的大小),磁滯回線肥胖硬磁材料 磁滯回線苗條軟磁材料,39,圖 軟磁材料的 磁滯回線,有較大的剩磁和矯頑力，常用來(lái)作永久磁體、記錄磁帶或電子計(jì)算機(jī)的記憶元件。,剩磁和矯