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第5章电流和磁力1.
四、磁场和磁感应强度 4. 磁通量 描述磁场性质的物理量: 磁感应强度 磁感应线(B 线) 磁感应线的规定: 磁感应线上任一点的切线方向为该点磁感应强度B的方向; 通过垂直于B的单位面积上的磁感应线的条数等于该处B值的大小。 各种典型的磁感应线的分布: 直线电流的磁感线 圆形电流的磁感线 直螺线管电流的磁感线 环形螺线管电流的磁感线 直线电流的磁感应线 I B I I 圆电流的磁感应线 通电螺线管的磁感应线 I I 磁感应线的特征: 无头无尾的闭合曲线 与电流套连 与电流成右手螺旋关系 四、磁场和磁感应强度 磁通量 等于通过该面积的磁感应线的总条数。 磁通量单位 韦伯 简称为韦(Wb) 1 Wb = 1Tm2 故 磁感应强度单位也可写成 1T = 1 Wb /m2 五、带电粒子在磁场中的运动 1.带电粒子速度与磁场垂直 大小 方向 始终与电荷的运动方向垂直 五、带电粒子在磁场中的运动 回旋半径 R 回旋周期 五、带电粒子在磁场中的运动 沿磁场方向 粒子作匀速运动 2.带电粒子速度与磁场不垂直 垂直磁场方向 粒子作匀速圆周运 动(回旋运动) 五、带电粒子在磁场中的运动 粒子总的运动是一个轴线沿磁场方向的螺旋运动 h 五、带电粒子在磁场中的运动 螺旋线半径 回旋周期 螺旋轨迹的螺距 h 五、带电粒子在磁场中的运动 磁聚焦 会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似,因此叫磁聚焦。 3.带电粒子在磁场中运动举例 一束发散角不大的带电粒子束,当它们在磁场 B 的方向上具有大致相同的速度分量时,它们有相同的螺距。经过一个周期它们将重新会聚在另一点,这种发散粒子束 h R 磁镜(或磁塞) 均匀磁场 (非均匀磁场) 五、带电粒子在磁场中的运动 在非均匀磁场中,磁场较强的地方,回旋半径和螺距都较小。带电粒子所受洛伦兹力恒有一指向磁场较弱方向的分量阻碍其继续前进,就象遇 反射镜一样。这种强度逐渐增强的磁场称为磁镜。 五、带电粒子在磁场中的运动 两个电流方向相同的线圈产生中间弱两端强的磁场。带电粒子被束缚在两个磁镜间的磁场内来回运动而不能逃脱。这种束缚带电粒子的磁场称为磁瓶。 磁约束 五、带电粒子在磁场中的运动 地球的磁场与一个棒状磁体的磁场相似,地磁轴与自转轴的交角为11.50,地磁两极在地面上的位置是经常变化的。 范艾仑辐射带和北极光 五、带电粒子在磁场中的运动 从赤道到地磁的两极磁场逐渐增强,因此地磁场是一个天然的磁约束捕集器,它使来自宇宙射线和“太阳风”的带电粒子围绕地磁场的磁感应线做螺旋运动,而在靠近地磁南、北两极处被反射回来。这样,带电粒子就在地磁南、北两极之间来回振荡,直到由于粒子间的碰撞而被逐出为止。 五、带电粒子在磁场中的运动 被地磁场捕获的罩在地球上空的质子层和电子层,形成范·阿仑(Van Allen)辐射带。 范·阿仑辐射带有两层 外层 在 60 000 km 处 800 km - 4 000 km 内层 地面上空 由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象 五、带电粒子在磁场中的运动 在地磁场的南、北两极附近由于磁感应线与地面垂直,由外层空间入射的带电粒子可直接射入 高空大气层内。高速带电粒子与大气分子相互碰撞产生的电磁辐射就形成了绚丽多彩的极光。 绚丽多彩的极光 第 5 章 电流和磁力 一、电流和电流密度 二、电流的一种经典微观图像 三、磁力与电荷的运动 四、磁场和磁感应强度 五、带电粒子在磁场中的运动 六、霍尔效应 七、载流导线在磁场中受的力和力矩 一、电流和电流密度 1.电流的形成 电流 带电粒子的定向运动。 而形成电流的带电粒子称载流子。 如 电子、质子、离子、空穴等。 电流形成条件 (导体内): 导体内有可以自由运动的电荷; 导体内要维持一个电场。 描述电流的物理量: 电流强度I、电流密度J 一、电流和电流密度 2.电流强度 大小:单位时间通过导体某一横截面的 电量。 方向:正电荷运动的方向 单位:安培( A ) ,是基本单位。 电量单位:库伦(C) 1 C = 1 A s 一、电流和电流密度 3.电流密度矢量 电流强度反映电流通过某截面的情况,它反映电流强弱,反映电流总体特征。但不能反映电流通过某点情况,不能反映电流的分布。 · · · · a b c d 如对横截面不等的导体, I 不能反映不同截面处及同一截面不同位置处电流流动的情况。 电流密度矢量的引人 电流密度定义式 大小:通过与该点场强方向垂直的单位截面积的 电流强度。 方向:该点场强的方向。 单位: A/m2 电荷之间的
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