Chap._14 磁力.ppt

第14章 磁力 2. 载流线圈在磁场中转动时磁力矩做的功 + ? + 线圈在磁场中所受磁力矩： 设线圈转动小角度dφ， 磁力矩的功： 设线圈由φ1转到φ2 ，磁力矩做的功： 结论： 任一载流线圈在磁场中运动，磁场力作的功： 负号表示磁力矩作正功时 减少 又，外力作功： 此功就等于磁矩Pm 在磁场中势能的增量。通常以磁矩方向与磁场方向垂直，即 时的位置为势能为零的位置。这样，由上式可得，在均匀磁场中，当磁矩与磁场方向间夹角为 时，磁矩的势能为 当磁矩与磁场平行时，势能有极小值： 当磁矩与磁场反平行时，势能有极大值： 电磁比较 磁偶极子 电偶极子 力矩： 势能： 例 14.3 电子的磁势能。电子具有固有的(或内票的)自旋磁矩，其大小为 。在磁场中，电子的磁矩指向是“量子化”的，即只可能有两个方向。一个是与磁场成θ1 =54.7o 角，另一个是与磁场成θ2 =125.3o角。其经典模型如图14. 14 所示(实际上电子的自旋轴绕磁场方向“进动”)。试求在0.50T 的磁场中电子处于这两个位置时的势能分别是多少? * §14.1 磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力 第14章 磁力 §14.2 磁场对载流导线的作用力 安培力 §14.3 磁场对载流线圈的作用力矩 §14.4 平行载流导线间的相互作用力 一、洛仑兹力 二、带电粒子在磁场中运动 三、 霍尔效应 §14.1 磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力 一 、洛仑兹力 磁场对运动电荷施以的磁场力是洛仑兹力。 点电荷运动速度 点电荷处于场点处的磁感强度 点电荷电量 洛仑兹力大小为 洛仑兹力对施力点电荷不做功 二、带电粒子在磁场中运动 1. 带电粒子在均匀磁场中运动 设均匀磁场磁感应强度为 ， 带电粒子质量为m ，电量为q， 设粒子初速度为 。 1）粒子运动方向平行于磁感应强度 粒子不受力 粒子做匀速直线运动 2）粒子运动方向垂直于磁感应强度 粒子做匀速圆周运动。 圆周半径——回旋半径 得 半径与垂直磁场的速度成正比。 粒子运动的周期 表明：同种粒子（m/q相同），不管其垂直磁场方向的速度如何，在同样均匀磁场中圆周运动的 周期相同。 与速度无关 粒子运动的磁回旋频率 由 粒子在垂直磁场的平面里做圆周运动同时又沿磁场方向匀速运动 ——粒子做螺旋运动 3）粒子运动速度方向任意 将上述两种情况综合。 设粒子初速度与磁感强度之间夹角为? 。 螺旋半径 螺距 应用 1）电真空器件中的磁聚焦 电子枪发射出一束电子，这束电子动能几乎相同， 准直装置保证各电子动量几乎平行于磁感线。 由于发散角小，所以各电子 各螺距相同 粒子 源A 接收 器A′ 每经过一个周期，电子束的各电子再会聚。 2）质谱仪 同位素分离 当 各类粒子 从狭缝穿出 2.带电粒子在非均匀磁场中运动 在非均匀磁场中带电粒子运动的特征。 1）向磁场较强方向运动时，螺旋半径不断减小 根据是： 磁镜 2）粒子受到的洛仑兹力 恒有一个指向磁场较弱方向的分力，从而阻止粒子向磁场较强方向的运动，可使粒子沿磁场方向的速度减小到零 从而反向运动。 1）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 横向磁约束:强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近。 减少粒子的纵向前进速度，使粒子运动发生“反射” 。 纵向磁约束: 磁镜 线圈 线圈 高温等离子体 ——磁镜效应的典型应用 能约束运动带电粒子的磁场分布称为磁镜约束 —— 磁瓶。 2）范艾仑辐射带 磁约束现象也存在于宇宙空间中，地球的磁场是一个不均匀磁场，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捕集器，它能俘获从外层空间人射的电子或质子形成一个带电粒子区域。叫范艾仑辐射带 (图14.6) 。它有两层，内层在地面上空800 km 到4000 km 处，外层在60 000 km 处。在范艾仑辐射带中的带电粒子就围绕地磁场的磁感线作螺旋运动而在靠近两极处被反射回来。这样，带电粒子就在范艾仑带中来回振荡直到由于粒子间的碰撞而被逐出为止。这些运动的带电粒子能向外辐射电磁波。 在地磁两极附近，由于磁感线与地面近似垂直，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