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[理学]05-安培环路定理
安培环路定律.张清 三、对安培环路定理的说明 四、安培环路定理的应用 例2:载流螺绕环内的磁场。 例3: 无限长载流圆柱体的磁场。 例4: 无限长载流圆柱面的磁场。 r R: r﹤R: 例5 无限大均匀平面电流(面电流密度为i )的磁场. 例2 无限大均匀面电流(面电流密度为i)的磁场 小结:磁场与电场分布的特殊对称情 况对比: 3 磁场对载流导线的作用 二、 平行载流导线间相互作用力、 “安培” 的定义: 2、 “安培” 的定义: 三、磁场对载流线圈的作用 4 带电粒子在电场和磁场中的运动 ?电子的反粒子 电子偶: ?磁聚焦: ?回旋加速器: ?霍耳效应: *量子霍尔效应 1980年,在研究半导体在极低温度下(1.5K)和强磁场(18T)中的霍尔效应时,德国物理学家克里青(Klaus von Klitzing)发现霍尔电压和磁场的关系并不是线性的,而是有一系列台阶式的改变,这一效应叫量子霍尔效应,克里青因此荣获1985年诺贝尔物理学奖。 *分数量子霍尔效应 1982年,美籍华裔科学家崔琦等又发现在更强的磁场和更低的温度下n可以是分数,如1/3,1/4,1/5等,这种现象叫分数量子霍尔效应,崔琦等荣获1998年诺贝尔物理学奖。 磁约束现象也广泛存在于宇宙空间——地磁场内的范阿仑带 6 磁场中的磁介质 二、磁导率: 三、磁介质的分类: 2 磁介质中的安培环路定理 二、磁介质中的安培环路定理: 磁力矩: 如果线圈有N匝, ?对于任意形状的线圈: 讨论: 结论: 在均匀磁场中,载流线圈无平移,所受的磁力矩总是使磁矩 转向 的方向。 例:一半径为R的半圆形闭合线圈,通有电流I,线圈放在均匀外磁场B中,B的方向与线圈平面成300角,如右图,设线圈有N匝,问: (1)线圈的磁矩是多少? (2)此时线圈所受力矩的 大小和方向? 解:(1)线圈的磁矩 pm的方向与B成600夹角 n B 俯视图 磁力矩的方向由 确定, 为垂直于B的方向向上。即从 上往下俯视,线圈是逆时针转动 (2)此时线圈所受力矩的大小为 n B 俯视图 一、若电场和磁场同时存在: 洛伦兹力 二、 带电粒子在磁场中的运动 粒子做直线运动 粒子做匀速圆周运动 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × q R 螺距 h : 应用于电子显微镜中。它起了光学透镜聚焦的作用。磁聚焦技术广泛应用于电真空器件中. 匀强磁场对从P点发出的粒子束起磁聚焦作用。 d P ?早先的带电粒子加速器是在直线 轨道上加速: ?1930年,劳伦斯(美)制成回旋 加速器。 1939年获诺奖。 载流导体(半导体)薄板、磁场。 霍耳电势差 条件: 原理: 霍耳效应的应用 2、根据霍耳系数的大小的测定, 可以确定载流子的浓度 3、测定磁场 n型半导体载流子为电子 p型半导体载流子为带正电的空穴 1、确定半导体的类型 霍耳效应已在测量技术、电子技术、计算技术等各个领域中得到越来越普遍的应用。 磁流体发电 在导电流体中同样会产生霍耳效应 导电气体 发电通道 电极 磁流体发电原理图 使高温等离子体(导电流体)以1000ms-1的高速进入发电通道(发电通道上下两面有磁极),由于洛仑兹力作用,结果在发电通道两侧的电极上产生电势差。不断提供高温高速的等离子体,便能在电极上连续输出电能。 三.带电粒子在非匀强磁场中的运动 ——磁约束与磁牢笼 轴向对称非均匀磁场-磁镜 磁牢笼 托卡马克装置 EAST外景 ?北极光: 6 磁介质 介质的磁化 一、磁化: 磁介质置于磁场中受到磁场的作用,使实际磁场不同于原磁场。 总磁场: 原磁场 ,磁介质激发附加磁场 § 为相对磁导率。 定义: 以螺线管为例: 令: 为磁导率 则: * 顺磁质: * 抗磁质 如氮、水、铜、金、等。 如氧、铝、钨、等。 * 铁磁质 如铁、钴、镍等。 一、磁场强度: 为磁场强度,单位:安培/米 令 (对比: ) 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。 H 的环流仅与传导电流 I 有关,与介质无关。 例: 如图,同轴圆筒形导体之间充一相对磁导率为?r 的磁介质。试求: 空间磁感应强度。 解: O I I O R2 R1 * 一、 问题提出 静电场 1、圆形积分回路: 2 安培环路定理 磁 场 I r
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