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* 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 (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 §9.5 磁场对电流的作用 讨论 安培力 x y O A I L 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。 例 求两平行无限长直导线之间的相互作用力？ 解 电流 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 (1) 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 (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，磁场力远小于电场力 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 二.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 + ? A(B) D(C) 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 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 §9.6 带电粒子在磁场中的运动 (1) 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故 讨论 对电荷不作功 (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 ? ? 粒子回转周期与频率 情况 ? 一般情况 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 减少粒子的纵向前进速 度，使粒子运动发生“反射” ? 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 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 三.霍尔效应 1879年 霍尔发现在一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) 横向电场力: 洛伦兹力: 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) (方向向下) + + + + – – – – (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 四. 运动电荷的电磁场 ? ? 高温导 电气体 没有机械转动部分造成的 能量损耗——可提高效率 特点： 磁场是电场的运动效应 (3) 磁流体发电 一. 磁介质及其分类 1. 磁介质—— 任何实物都是磁介质 电介质放入外场 磁介质放入外场 —— 相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度 §9.7 物质的磁性 2. 磁介质的分类 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 如 锌、铜、水银、铅等 如 锰、铬、铂、氧等 弱磁性物质 顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 ——强磁性物质 二. 磁化机理 原子中电子的轨道磁矩 1. 安培分子环流的概念和方法 电子的自旋磁矩 电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级 分子磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 抗磁质 无外场作用时，对外不显磁性 顺磁质 无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性 2. 磁介质的磁化 电子轨道半径不变 当外场方向与原子磁矩反方向时 当外场方向与原子磁矩