[教育]电磁学-磁场.ppt

例 求螺绕环电流的磁场分布 解 在螺绕环内部做一个环路，可得 若螺绕环的截面很小， 内部为均匀磁场 若在外部再做一个环路，可得 螺绕环与无限长螺线管一样，磁场全部集中在管内部 例 求无限大平面电流的磁场 解 面对称 推广：有厚度的无限大平面电流 ? 在外部 ? 在内部 x Topic 4 带电粒子在磁场中的运动 以速度 v 运动的单个带电量 q 的粒子在磁场中受到的磁场力 f 1. 洛仑兹力 实验结果 安培力与洛伦兹力的关系 (1) 洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，故 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时，带电 粒子所受的力为 只改变粒子的方向,而不改变它的速率和动能 (3) 安培力是大量带电粒子洛伦兹力的矢量叠加 说明 例 2.带电粒子在均匀磁场中的运动 (1) 情况 带电粒子的运动不受磁场影响 (2) 情况 O R R 与 成正比 T 与 无关 它是磁聚焦, 回旋加速器 (Cyclotron) 的基本理论依据 (1) 确定粒子的速度和能量 (2) 判别粒子所带电荷的正负 带电粒子的偏转方向 根据 来判断 讨论 带电粒子 根据宇宙射线轰击 铅板所产生的粒子 轨迹,发现了正电子 3 霍耳效应 在一个通有电流的导体(或半导体)板上，若垂直于板面施加一磁场，则在与电流和磁场都垂直的方向上, 板面两侧会出现微弱电势差 —— 霍耳效应 a 实验结果 l d I b 原理 横向电场阻碍电子的偏转 洛伦兹力使 电子偏转 y x z 当达到动态平衡时： (霍耳系数) 通过测量霍耳系数可以确定导电体中载流子浓度;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 + + + + – – – – + + + + – – – – n 型半导体 p 型半导体 (2) 区分半导体材料 —— 霍耳系数的正负与载流子电荷性质有关 1. 磁介质 电介质放入外电场 Topic 5 磁介质及其磁化 相对介电常数 磁介质放入外磁场 相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度 —— 放入磁场中经磁场磁化后能反过来影响原来磁场的物质 相对磁导率 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 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, 即 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 2. 磁介质的分类 (如：铋、硫、氯、氢等) (如：铁、钴、镍及其合金等) (如： 铬、铀、锰、氮等) 具有轨道磁矩 具有自旋磁矩 分子固有磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 抗磁质 对外不显磁性 顺磁质 由于热运动，对外也不显磁性 无外磁场作用时 3 顺磁性和抗磁性的微观解释 轨道运动 自旋 分子中的每个电子都参与两种运动 有外磁场作用时 顺磁质 分子的固有磁矩 受力矩 的作用， 使分子的固有磁矩趋于外磁场方向 排列。但由于分子热运动的影响，各分子 固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外 磁场越强，排列越整齐。 正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强， 但这种加强很小。 抗磁质 它的分子没有固有磁矩，为什么也能受磁场的影响？ 抗磁质在外磁场的作用下产生附加磁矩（或感应磁矩）。 以电子的轨道运动为例：(电子以速度 沿圆轨道运动) 无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。 附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相反——抗磁质 * 磁场南北大反转 电场和磁场——稳恒磁场 稳恒磁场 静电荷 静电场 学习方法： 类比法 运动电荷 电场 磁场 稳恒电流 稳恒磁场 Review of history 春秋战国时的磁现象记述。 1747年富兰克林发现电流。 富兰克林 （1706-1790） 美国科学家。1747年提出了《电流说》。1756年又提出《电的本性》。 1821年奥斯特发现了电流的磁效应。 奥斯特 （1777-1851） 丹麦物理学家。1820年4月，发现电流使磁针偏转。不久又发现磁铁使电流导线偏转。 同年9月安培发现了直流导线间的磁作用。 安培 （1775-1836） 法国物理学家。1820年9月发现通电直导线相互作用，后确立了安培力公式。 12月毕奥和萨伐尔确定了电流磁场大小。 拉普拉斯从数学上找出了电流元磁场公式。 毕奥 （1774-1862） 法国物理学家。1820年12月和法国物理学家萨伐尔（1791-1841）实验发现毕奥-萨伐尔定律。 Main Content 磁感应强度 毕奥萨伐尔定律与安培环路定理 Topic 1: 磁感应强度B 1. 磁现象 N S N S 磁 场 磁现象(1) 磁体?磁体 磁现象(2) 电流?磁体 I 磁现象(