[理学]第9章 稳恒磁场2012.ppt

? 磁聚焦原理 粒子源A 当? 很小时 接收器 A 在发散角不太大的带电粒子束，经过一个回旋周期后，重新会聚。 2.2 在非均匀磁场中的运动 强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近 —— 横向磁约束 ? 磁约束原理 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 磁镜 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 线圈 线圈 高温等离子体 ? 磁镜效应的典型应用 受控热核聚变实验研究 能约束运动带电粒子的磁场分布称为磁镜约束 —— 磁瓶 ? 地球的磁约束效应 —— 天然磁瓶 在非均匀磁场中，纵向运动受到拟制—— 磁镜效应 三.霍尔效应 (1879) 在一个通有电流的导体板上，若垂直于板面施加一磁场，则在板面两侧会出现微弱电势差 —— 霍尔效应. 当达到动态平衡时： 实验结果 受力分析 l d I a +q (方向向下) (方向向上) + + + + – – – – b 洛伦兹力使电子偏转,横向电场阻碍电子的偏转 霍尔效应 当达到动态平衡时： 实验结果 l d I a +q + + + + – – – – b (2) 区分半导体材料( n-type or p-type ) + + + + – – – – + + + + – – – – P 型半导体 讨论 (1) 通过测量霍尔系数可以确定导电体中载流子浓度 N 型半导体 研究半导体材料性质的有效方法(浓度随杂质、温度等变化) —— 霍尔系数的正负与载流子电荷性质有关 高温导 电气体 (3) 霍尔效应原理的应用 —— 磁流体发电 四. 运动电荷的电磁场 ? ? 没有机械转动部分造成的 能量损耗——可提高效率 特点： 外力驱动等离子体沿同一方向运动，在两极之间形成电势差。 磁场是电场的运动效应 O S O S v P q v Example: Consider an atom in which an electron moves in a circular orbit with radius r and angular frequency ?0. A magnetic field B0 is applied perpendicular to the plane of the orbit. As a result of the magnetic force, the electron circulates in an orbit with the same radius r but with a new angular frequency ? = ?0 + ?? . Please to find ?? . Solution 一. 磁介质及其分类 1. 磁介质—— 所有的物质 电介质放入外场 磁介质放入外场 后有 —— 相对磁导率 反映磁介质对原场的影响程度 §9.7 物质的磁性 2. 磁介质的分类 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 如 锌、铜、水银、铅等 如 锰、铬、铂、氧等 实验表明: 内部充满均匀各向同性磁介质 弱磁性物质 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（磁性材料） 二. 磁化机理 原子中电子的轨道磁矩 1. 安培分子环流的概念和方法 电子的自旋磁矩 电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级 ☆ 原子的角动量是量子化的， 其在外场方向的投影为h/2?的整数倍。如果L= h/2? ——玻尔磁子 —— 所有电子磁矩的总和 分子磁矩 2. 磁介质的磁化 外场使分子磁矩发生变化 分子轨道半径不变 当外场方向与原子磁矩反方向时 抗磁质 无外场作用时，对外不显磁性 顺磁质 无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性 当外场方向与原子磁矩同方向时 将顺磁质放入外场 分子环流在外场作用下，产生取向转动， 磁矩将转向外场方向 —— 产生附加磁场 结论：在外场作用下，电子产生附加的转动，从而形成附加的 , 附加磁矩（也称感应磁矩）总是与外场方向 反，即产生一个与外场反向的附加磁场 相 抗磁质磁化 在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生感应磁矩 则磁介质产生附加磁场 与外场方向相反 顺磁质磁化 在外场作用下，分子磁矩要转向，同时每个分子中的所有电子也都产生感应磁矩。 则磁介质产生附加磁场 与外场方向相同 三. 有磁介质的高斯定理 在磁介质存在时，磁感应线仍然是一系列无头无尾的闭合曲线 对于任意闭合曲面S —— 含磁介质的磁场高斯定理 四. 有磁介质时的安培环路定理 1. 束缚电流 以长直螺线管为例 定义：磁化强度 单位体积内分子的净磁矩 PM —— 各向同性均匀磁介质中 ——反映磁介质的磁化程度 在磁介质内部的任一小区域： 相邻的