大学化学第九章.ppt

2、载流线圈在磁场中转动时磁力矩所做的功 设线圈在磁场中转动微小角度d?时，使线圈法线n与B之间的夹角从?变为?+ d?,线圈受磁力矩 则M作功，使?减少，所以磁力矩的功为负值，即 当线圈从?1位置角转到?2位置角时磁力矩作功 ? d? 其中?1、?2分别是在?1位置和?2位置时通过线圈的磁通量。当电流不变时， 在匀强磁场中，一个任意载流回路在磁场中改变位置或改变形状时，磁力的功（或磁力矩的功）亦为 3、对于变化的电流或非匀强场 或 例1、如图所示，求：（1）线圈所受磁力矩的大小和方向。（2）线圈转过90°，磁力矩所做的功。 B I （2） 解：（1）线圈的磁矩 §9.5　磁场对运动电荷的作用 一. 洛仑兹力 （安培力的微观本质） 金属中的自由电子受到磁场力作用不断地与晶格发生碰撞,把动量传递给导体,从宏观来看,这就是安培力。 从微观看 ＋ Ｉ Ｉ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 电流元中带电粒子数 每个运动电荷所受磁力为 洛仑兹力公式为 洛仑兹力对运动电荷不做功。 正、负电荷受力方向 带电粒子在同时存在电场和磁场的空间运动时，则其所受合力为 洛仑兹关系式 二.带电粒子在匀强磁场中的运动 1、粒子速度 v0∥B ﹢ 2、粒子速度 v⊥B ﹢ ﹢ ﹢ ﹢ ﹢ 回转半径 回转周期 回转频率 T、? 与速度无关 （3）运动方向沿任意方向 B 螺距 h ? + v －－沿螺旋线轨道运动 半径 三、应用电场和磁场控制带电粒子的实例 1、质谱仪 R + - ? ? ? P ? ? ? ? ? ? ? ? ? N ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B 速度选择 质谱分析： 2. 回旋加速器 频率与半径无关 回旋加速器原理图 N S B O ~ N 3、磁聚焦—电子显微镜 螺距： （匀速运动） （圆周运动） 螺旋线 带电粒子每回旋一周所前进的距离d与v?无关。 带电粒子 螺距： 均匀磁场中螺距相同的电子被聚焦： 这种线圈通常称为磁透镜，它在电子显微镜中起了与光学仪器中的透镜类似的作用。 图9.38　磁聚焦示意图 4、磁约束 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 在地磁两极附近 由于磁感线与地面垂直 外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内 它们和空气分子的碰撞产生的辐射就形成了极光 极光： 由于地磁场俘获带电粒子而出现的现象 绚丽多彩的极光 霍 耳 效 应 四. 霍耳效应 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) 设载流子数密度为n，于是I＝nqvbd RH 在半导体中霍耳效应比金属中显著。 RH＜0 ，为n 型半导体 RH＞0，为P型半导体 I + + + + - - - P 型半导体 + - 霍耳效应的应用 2）测量磁场 1）判断半导体的类型 + + + - - - N 型半导体 - I + - 霍耳电压 3）磁流体发电 ①顺磁介质 磁场中放入磁介质 发生磁化 产生附加磁场 如铝、镉、锰、铬等。 ②抗磁介质 如汞、铋、金、银、铜等。 ③铁磁介质 如铁、钴、镍等。 §9.6　磁介质 一. 磁介质的分类 顺磁质：整个分子具有一定的固有磁矩。 抗磁质：分子中各电子的磁矩完全抵消，整个分子不具有固有的磁矩。 1.顺磁质的磁化机制 无外场时 分子磁矩 电子的轨道磁矩 电子的自旋磁矩 核的自旋磁矩 二. 抗磁质与顺磁质的磁化 pm S 有外磁场时，这些分子固有磁矩就要受到磁场的力矩作用， 等效 Is ⊙ 从导体横截面看 分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流 Is， Is产生附加磁场。 分子磁矩的矢量和: 加外磁场后 i e i 产生反向电子附加磁矩 2.抗磁质的磁化机制 无外磁场时 可以证明：不论电子的轨道磁矩方向如何，附加磁场总与外场反向。 　 分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流 Is， Is产生附加磁场。 Is 等效 ⊕ ②对于顺磁介质分子磁矩电子附加磁矩，顺磁效应 抗磁效应 ； ③抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。 ①抗磁性是一切磁介质固有的特性，它不仅存在于抗磁介质中，也存在于顺磁介质中； 说明： 在真空中： 磁介质中： 束缚电流 传导电流 有磁介质的总磁