《大学物理精品课件-华南理工》电流与磁场.pptVIP

2010年8月太阳风暴导致壮丽极光 4、霍耳效应 1879年霍耳发现载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳效应。相应的电势差称为霍耳电压。 现象 实验规律 在磁场不太强时，霍耳电压与电流I和磁感应强度B成正比，而与导电板的厚度d 成反比 I + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + - - - - - E B b d d b uH I ? + + + + – – – I ? – – – – + + + I 假设载流子是负电荷，定向漂移速度为vd与电流反向，磁场中的洛仑兹力使载流子运动，形成霍耳电场。 电场力与洛仑兹力平衡时电子的漂移达到动态平衡，从而形成横向电势差。 霍耳效应的经典解释 I - - - - - = b 霍耳系数 霍耳效应的应用 半导体的载流子浓度小于金属电子的浓度，且容易受温度、杂质的影响，所以霍耳系数是研究半导体的重要方法之一。 判定载流子类型 测量载流子浓度 测量磁感应强度 测量电流 测量温度 1980年，德国物理学家克利青在研究低温和强磁场下半导体的霍耳效应时，发现UH~B的曲线出现台阶，而不是线性关系——量子霍耳效应。为此克利青于1985年获得诺贝尔物理学奖。 后来又发现了分数量子霍耳效应。分数量子霍耳效应与分数电荷的存在与否有关。 优点：无机械损耗，可以提高效率， 缺点：尚存在技术问题有待解决。 I h b - - - - - - V 垂直于 的方向出现电势差 —— 霍耳效应 霍耳电压UH I B UH 正效应——载流子是 空穴 P型半导体 UH 负效应——载流子是电子 n型半导体 * 自然界的各种基本力可以互相转化。究竟电是否以隐蔽的方式对磁体有作用？ 17世纪，吉尔伯特、库仑曾认为：电与磁无关！ 1731年 英国商人 雷电后，刀叉带磁性！ 1751年富兰克林 莱顿瓶放电后，缝衣针磁化了！ 1812年 奥斯忒 19-2 磁场 磁感应强度 一、磁力与磁现象 1820年4月哥本哈根大学 电与磁 奥斯忒 接通电源时，放在边上的磁针轻轻抖动了一下…… I I 1820年7月21日，以拉丁文报导了60次实验的结果。 奥斯特实验 磁针和磁针 二、电流的磁效应 载流导线与载流导线的相互作用 在磁场中运动的电荷受到的磁力 磁铁与载流导线的相互作用 I N S N S N S 电流的磁效应 奥斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展。 三、磁通量 2、计算 1、磁通量定义： 通过磁场中某一曲面的磁感应线的数目，定义为磁通量，用Ф表示。 dS dS c. 通过任一曲面的磁通量 dS 3、说明 规定n的方向垂直于曲面向外 磁感应线从曲面内穿出时，磁通量为正(θπ/2, cosθ0) 磁感应线从曲面外穿入时，磁通量为负(θπ/2, cosθ0) 穿过曲面通量可直观地理解为穿过该面的磁感应线条数 单位：韦伯(wb) 1Wb=1T·m2 四、 高斯定律 1、内容 通过任意闭合曲面的磁通量必等于零。 2、解释 磁感应线是闭合的，因此有多少条磁感应线进入闭合曲面，就一定有多少条磁感应线穿出该曲面。 磁场是有旋/无散场(非保守场)； 电场是有源场，保守场 磁极成对出现，至今尚未发现磁单极； 单独存在正负电荷 3、说明 S 19-3 毕奥萨伐尔定律 例题 I 宽度为 a 的无限长金属平板，均匀通电流I， 将板细分为许多无限长直导线 每根导线宽度为 d x 通电流 解：建立坐标系 x 所有dB 的方向都一样： ? 求：图中P点的磁感应强度。 P d 0 x x R x I 求：一段圆弧圆电流在其曲率中心处的磁场。 例题 R I a b 方向 ? 解： I dl 解： 例题3、载流螺旋管在其轴上的磁场 求半径为R，总长度 L，单位长度上的匝数为n的螺线管在其轴线上一点的磁场。 磁场方向与电流满足右手螺旋法则。 在距管轴中心约七个管半 径处，磁场就几乎等于零了。 在管端口处，磁场 等于中心处的一半。 –5R 5R 0.439 B x 安培 (Ampere, 1775-1836) 19-5 安培环路定理 法国物理学家，电动力学的创始人。1805年担任法兰西学院的物理教授，1814年参加了法国科学会，1818年担任巴黎大学总督学，1827年被选为英国皇家学会会员。他还是柏林科学院和斯德哥尔摩