[物理]电4 稳恒磁场.ppt

霍尔生于1855年，卒于1938年。他大学毕业后在美国北部的缅因当了两年中学教员。于1877年考入霍普金斯的研究生院，跟罗兰教授攻读物理。在罗兰开设的课程中，麦克斯韦的《电磁学》被指定为教科书。当他读这本书时，对麦克斯韦的一段论述感到奇怪，并产生了怀疑。??? 麦克斯韦在他的《电磁学》卷二第144页这样写道：“在导线中流动的电流本身完全不受附近磁铁或其他电流的影响……”??? 而霍尔读书学习既很认真，又不纯粹为权威和书本所束缚。他读这句话时凭直觉感到似乎和普通的物理知识相矛盾。他在罗兰教授的支持鼓励下，经过了许多次的实验，经受了许多次的失败。但他仍然楔而不舍。在对样品、仪器和实验装置进行反复改进后，终于获得了实验的成功。霍尔发现通过金箔条的电流在磁场里产生一个电势，其方向与电流和磁场垂直。这个效应后来以它的发现者的名字命名为“霍尔效应”。 当时霍尔将此发现公布于世仅有24岁。新闻界将霍尔的成功誉为“过去50年中电学方面最重要的发现”。 动态平衡时： x y z VH - - - - - - - - - - - I I + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - d b B - v RH 称为霍耳系数 霍耳系数RH 与载流子密度n成反比。在金属中，由于载流子密度很大，因此霍耳系数很小，相应霍耳效应也很弱。而在一般半导体中，载流子密度n 较小，因此霍耳效应也较明显。 令： I + + + + - - - P 型半导体 + - 霍耳效应的应用 2）可测磁感强度 霍耳电压 1）可测载流子的正负和浓度 + + + - - - N 型半导体 - I + - 在极低温、强磁场下 量子霍耳效应： 1985年，德国的 冯.克里青（1943－ ）因此获诺贝尔物理奖 B/T n = 4 n = 3 n = 2 1.39K，25.52?A 5 10 15 霍耳电压 1987年 分母为偶数 的量子霍尔效应 用量子理论才能加以解释. 1982年 美国贝尔实验室发现分数量子霍尔效应. 1998年 劳克林、施特默、崔琦因发现分数量子霍尔效应和一种具有分数电荷激发状态的新型量子流体获诺贝尔物理奖 劳克林 （美.1950—） 施特默 （德.1949—） 崔琦 （华裔美国人1939—） 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。 * 例 求半圆形载流导线在均匀磁场中受力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 解：建坐标如图 o R x y 在电流线上取电流元 安培力大小为 方向：与横坐标夹角为?（如图） 分量： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? o R 根据电流分布的对称性 知，各对电流元x方向 受力相互抵消。 方向：y轴正方向 x y 此例结果的启发 等效于沿直径放置的载流直导线所受的力 推断:在均匀磁场中对任一弯曲载流导线的作用力 等效于对弯曲导线起点到终点的矢量方向的一根直导线的作用力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? o R a I1 I2 平行电流间的相互作用 单位长度受力： 电流单位：“安培”的定义 电流单位：“安培”的定义 设： I1 = I2 = 1 A，a = 1 m 单位长度导线受到的磁场力： a I1 I2 F12 F21 两平行长直导线相距1 m，通过大小相等的电流，如果这时它们之间单位长度导线受到的磁场力正好是2?10-7 N·m-1时，就把两导线中所通过的电流定义为“1安培”。 ~ 10 6 A 应用 电磁轨道炮 原理示意图 炮弹 易溶金属 当通电后 巨大电流（大于4兆安）熔化易溶金属形成的等离子体受安培力作用 弹出炮弹 在1ms内