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1、1,一.洛伦兹力公式,实验结果,安培力与洛伦兹力的关系,安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加,四、磁场对运动电荷的作用,电流元内总电荷数,2,二、安培力,安培力,3,洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故 对电荷不作功，但能改变电荷的运动方向。,讨论,(2)在一般情况下，空间中电场和磁场同时存在,二.带电粒子在均匀磁场中的运动,(1),粒子回转周期与频率,情况,4,(2)V与B相互平行带电粒子不受力，做匀直运动。(3)V与B斜交成角,带电粒子作螺旋运动,磁聚焦原理,粒子源A,很小时,接收器 A,发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚,螺距,5,减少粒子的纵向前进速度，使粒子运动发生“反射
2、”,磁约束原理,在非均匀磁场中，速度方向与磁场不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化,磁场增强，运动半径减少,强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近 横向磁约束,纵向磁约束,在非均匀磁场中，纵向运动受到抑制 磁镜效应,磁镜,6,磁约束,磁约束(磁镜效应),磁约束,F,7,地磁场内的范艾仑辐射带（Van Allen belts）,Magnetic South Pole,Geographic South Pole,地理轴和地磁轴夹角11,8,北 极 光 Aurora Borealis,9,10,磁聚焦 在均匀磁场中点 A 发射一束初速相差不大的带电粒子,它们的 与 之间的夹角
3、不同,但都较小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等,相交于屏上同一点,此现象称为磁聚焦.,应用 电子光学,电子显微镜等.,11,线圈,线圈,高温等离子体,磁镜效应的典型应用,受控热核聚变实验研究,能约束运动带电粒子的磁场分布称为磁镜约束 磁瓶,地球的磁约束效应 天然磁瓶,12,3、质谱仪,S0,E,B,B”,13,我国于1994年建成的第一台强流质子加速器，可产生数十种中短寿命放射性同位素.,14,回旋加速器,1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室.此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.,15,4.霍尔效应,1879年 霍尔发现在一
4、个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则板面两侧会出现微弱电势差(霍尔效应),16,横向电场力:,洛伦兹力:（q为正电荷时）,当达到动态平衡时：,实验结果,受力分析,(霍耳系数),l,d,I,a,b,(方向向下),(方向向上),17,霍耳效应的应用,（2）测量磁场,霍耳电压,（1）判断半导体的类型,18,量子霍尔效应（1980年）,霍耳电阻,END,19,(2)区分半导体材料类型,霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关,N 型半导体,P 型半导体,它是研究半导体材料性质的有效方法（浓度随杂质、温度等变化）,讨论,(1)通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度,20,高温导电气体,没有机械
5、转动部分造成的能量损耗可提高效率,特点：,(3)磁流体发电,21,载流导体产生磁场,磁场对电流有作用,一.安培定理,大小：,方向：,由右手螺旋法则确定,任意形状载流导线在外磁场中受到的安培力,五、磁场对载流导体的作用,安培力,安培力是大量带电粒子洛伦兹力的叠加,电流元磁场与安培力关系,22,(1)安培定理是矢量表述式,(2)若磁场为匀强场,在匀强磁场中的闭合电流受力,讨论,23,此段载流导线受的磁力。,在电流上任取电流元,例,在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为I,求,解,相当于载流直导线,在匀强磁场中受的力，方向沿 y 向。,24,例,求两平行无限长直导线之间的相互作用力？,解,电流
6、 2 处于电流 1 的磁场中,同时，电流 1 处于电流 2 的磁场中，,电流 2 中单位长度上受的安培力,电流 1 中单位长度上受的安培力,25,(1)电流强度的国际单位安培(A)就是根据平行电流间的相互作用力公式定义的。定义:真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若 相距 1 米，单位长度受力,(2)电流之间的磁力符合牛顿第三定律：,则电流为1 安培。,(3)分析两电流元之间的相互作用力,同理,两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三定律,讨论,26,(4)分析两根带电长直线沿长度方向运动时，带电线之间的作用力。,两带电线上的电流为,两带电线单位长度上的电荷之间的库仑力,在一般情况下，
7、磁场力远小于电场力,27,例,求一载流导线框在无限长直导线磁场中的受力和运动趋势,解,1,2,3,4,方向向左,方向向右,整个线圈所受的合力：,线圈向左做平动,1,3,2,4,28,2.磁场对平面载流线圈的作用,（方向相反在同一直线上）,（线圈无平动）,对中心的力矩为,1.在均匀磁场中的刚性矩形载流线圈,（方向相反不在一条直线上）,令,29,2.磁场力的功,讨论,(1)线圈若有N 匝线圈,(2)M 作用下，磁通量增加,稳定平衡,负号表示力矩作正功时 减小,非稳定平衡,(3)非均匀磁场中的平面电流环,线圈有平动和转动,30,稳定平衡,不稳定平衡,讨 论,（1）与 同向,（2）方向相反,（3）方向
8、垂直,力矩最大,31,例：如图所示，在均匀磁场中，半径为R的薄圆盘以角速度绕中心轴转动，圆盘电荷面密度为。求它的磁矩和所受的磁力矩。,解：取半径为r的环状面元，圆盘转动时，它相当于一个载流圆环，其电流：,磁矩：,大小：,圆盘磁矩：,方向：向上,受的力矩：,32,例 半径为 载有电流 的导体圆环与电流为 的长直导线 放在同一平面内（如图），直导线与圆心相距为 d，且 R d 两者间绝缘,求 作用在圆电流上的磁场力.,O,33,解,O,34,35,36,例 如图半径为0.20m，电流为20A，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中，磁感应强度的大小为0.08T，方向沿 x 轴正向.问线圈受力情况怎
9、样？线圈所受的磁力矩又为多少？,37,解 把线圈分为JQP和PKJ两部分,以 为轴，所受磁力矩大小,38,END,39,一 磁介质 磁化强度,1 磁介质,第二节 物质的磁性,40,顺磁质内磁场,顺磁质和抗磁质的磁化,二.磁化机理,41,无外磁场时抗磁质分子磁矩为零,抗磁质内磁场,42,2、磁化强度,单位（安/米）,43,3.有磁介质时的安培环路定理,1.束缚电流,以无限长螺线管为例,定义：磁化强度,磁化强度越强，反映磁介质磁化程度越强,在磁介质内部的任一小区域：,相邻的分子环流的方向相反,在磁介质表面处各点：,分子环流未被抵消,形成沿表面流动的面电流,束缚电流,44,结论：介质中磁场由传导和束
10、缚电流共同产生。,束缚电流密度,2.磁介质中的安培环路定理,可证明:,45,定义磁场强度:令,(磁介质的安培环路定理),磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径所包围的所有传导电流的代数和。,讨论,束缚电流与磁化强度,设单位长度上的束缚电流为,沿Z方向磁化的介质体元,46,取任意闭合回路 L，则磁化强度M 沿L 的积分等于穿过此积分回路围成的面积上束缚电流强度的代数和。,(普遍关系式),则，它产生的磁矩,介质侧面上的束缚电流强度,47,(3)对于各向同性介质，在外磁场不太强的情况下,介质的磁化率,一定条件下，可用安培环路定理求解磁场强度，然后再求解磁感应强度。,48,一无限长载流直
11、导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率,(2)介质内外界面上的束缚电流密度,例,求,解,根据磁介质的安培环路定理,(1)磁介质中的磁化强度和磁感应强度,由磁化强度与束缚电流密度的关系,内界面:,外界面:,49,五.铁磁质,主要特征,在外场中，铁磁质可使原磁场大大增强。,撤去外磁场后，铁磁质仍能保留部分磁性。,1.磁畴 磁化微观机理,铁磁质中自发磁化的小区域叫磁畴，磁畴中电子的自旋磁矩整齐排列。,无,磁化方向与,有,整个铁磁质的总磁矩为零,同向的磁畴扩大,磁化方向转向,的方向,使磁场大大增强,外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍，不能恢复磁化前的状态。,磁畴的磁化方向,50,2.宏观磁化现象 磁滞回线,铁磁质中,不是线性关系,剩磁,矫顽力,(1)实验证明：各种铁磁质的磁化曲线都是“不可逆”的，具有磁滞现象,讨论,(2)不同材料，矫顽力不同,51,(4)铁磁材料的应用,HC 较小,HC较大,易磁化，易退磁,剩磁较强，不易退磁,可作变压器、电机、电磁铁的铁芯,可作永久磁铁,软磁材料,硬磁材料,(3)铁磁质温度高于某一温度TC 时,铁磁质转化为顺磁质,此临界温度称为居里点。,
