电07、08.磁力与磁场总结(2003).pptVIP

* 磁流体船 磁力与磁场 一.磁力的规律 1. 洛仑兹力 定义 ? q ? B v Fm 演示 电荷对观察者的速度？ 思考 电荷是相对磁场的速度， 还是 （应是后者） 阴极射线管演示洛仑兹力（KD033） 应用： ▲ 霍耳效应 - B q Fm Fe v 霍耳电势差： KH ? 霍耳系数 判断载流子种类， 测量载流子浓度， 测磁场等。 I + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ + + + + + + - - - - - EH B h b 霍耳电阻 在极低温、强磁场下 *量子霍耳效应： 克里青（Klitzing）常量 1990年定义 RK 的测量准确到10 ?10 1980年克里青发现， B/T n = 4 n = 3 n = 2 1.39K，25.52?A 5 10 15 *分数量子霍耳效应： 崔琦和施特默（St?rmer）发现在更强的磁场下（B 20 T），n 可以是分数，如：1/3、1/5、1/2、1/4等，这称为分数量子霍耳效应。 获得了1985年诺贝尔物理学奖。 默和崔琦获得了1998年诺贝尔物理学奖。 整数和分数量子霍耳效应及其理论解释是我们认识宏观量子现象的一次重要突破。 劳克林（Laughlin）成功地给出了理论解释。 该效应表明，有携带分数电荷的准粒子存在。 劳克林、施特 克里青 ▲ 磁聚焦 v∥ v⊥ θ q v B R A A? B h 磁聚焦 ▲ 磁约束 ? q Fm B 电流 B F ? ? 海水 进水 出水 发动机 接发电机 I F 电极 ▲ 磁流体发电 ▲ 加速器 ▲ 磁 流 体 船 在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子碰撞产生的辐射，就形成了极光。 绚丽多彩的极光 2.安培力 ? B Idl dF （电流元） I 对圆电流圈（或任意平面电流线圈）： 对线电流： 演示 I S m 安培力（KD030） 载流平行直导线的相互作用（KD29） 均可用来定义磁感强度 二 . 磁场的规律 1.基本定律 （1）毕 — 萨定律 — 真空的磁导率 P I ? 电流元不在自身方向上激发磁场。 （2）叠加原理 P O ? ? 电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内， 磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系。 是圆心在电流元轴线上的一系列的同心圆。 演示 直线电流产生的磁场（KD027） P I ? 2.基本性质（基本定理） （1）磁通连续原理 （ ） 这说明 线闭合，无头无尾， S 也就是不存在单独磁荷（磁单极子）。 因此，磁场是不发散的（无源场）： *磁单极（magnetic monopole）： 1931 ，Dirac预言了磁单极子的存在。 量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系： 磁单极子质量： 根据电和磁的对称性： qm — 磁荷 这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。 ?只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。 人们希望从宇宙射线中捕捉到磁单极子。 斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。 qm 电感 L I 超导线圈 有磁单极子穿过时，感应电流 记录到了预期电流的跃变， I 1982.2.14,13:53 t 但以后再未观察到此现象。 实验中采用了直径5cm的 铌线圈4匝。 经过151天的连 续等待， 1982.2.14自动记录仪 （2）安培环路定理 L 电流分布 I2 0 I1 0 目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。 几点说明： 1）安培环路定理只适用于稳 3 中的 是全空间电流的贡献； 4） 说明磁场为非保守场（涡旋场）。 I内 流向与L绕向成左手关系时为负； I1 0 I2 0 L n S 2） I内 流向与L绕向成右手关系时I内为正， 恒电流（闭合或伸展到?）； 各种典型的磁感应线的分布： 直线电流的磁感线 圆形电流的磁感线 *