第十五章第七节.pptxVIP

金属导体中自由电子在磁场中运动时受洛仑兹力作用而获得动能，自由电子与导体晶格点阵碰撞将动能传递给导体。所以，载流导线载磁场中所受的磁场力（安培力）是大量自由电子所受洛仑兹力的宏观表现。一、安培力安培力:电流元在磁场中受到的磁力.如图示，电流元Idl处于磁场B中，设载流导体中的载流子数密度为n，电流元的横截面为S，电流元中任一载流子所受Lorentz力为电流元中共有载流子数为电流元中所有载流子所受Lorenta力相同，因此电流元内dN个载流子所受Lorentz力的合力为磁场对电流元 作用的力，在数值上等于电流元的大小、电流元所在处的磁感强度大小以及电流元 和磁感强度 之间的夹角 的正弦之乘积，这个规律叫做安培定律。 通过导线的电流所以上式可写成由于 故上式亦可写成， Ampere力的方向：由右手螺旋法则确定。对于有限长载流导线方向:×方向:?二、安培定律的应用载流导线受到的磁力:1.均匀磁场中载流导线所受安培力(a) 载流直导线取电流元受力大小:积分结论:讨 论dxdyab(b)任意形状载流导线建坐标系如图取电流元:受力大小:取分量:结论1)均匀磁场中,一段任意形状载流导线所受的力等于电流的起点、终点与之相同的载流直导线所受的力;2)均匀磁场中,任意形状载流平面线圈所受合力为零.LI RL 分别求图中导线的受力练习方向竖直向上F=BI(2R)=2RBI方向向右F=BI(L+2R)方向竖直向上当直导线的长度 平行导线间距d，视其为“无限长”2、电流强度的单位：1、问题：两平行长直载流导线，相距为 d 求：每单位长度线段所受的作用力。电流 I1 在电流 I2 处所产生的磁场为：导线CD上 dl2长度受力为2、电流强度的单位：在其空中有两根平行的长直线，它们之间相距1m，两导线上电流流向相同，大小相等，调节它们的电流，使得两导线每单位长度上的吸引力为2×10-7N· m-1，我们就规定这个电流为1A。三、安培力应用轨道炮（电磁炮）轨道炮是一种利用电流间相互作用的安培力将弹头发射出去的武器。 两个扁平的互相平行的长直导轨，导轨间由一滑块状的弹头连接，强大的电流从一直导轨流经弹头后，再从另一直导轨流回。电流在两导轨之间产生一近似均匀的垂直于弹头的强磁场。通电的弹头在磁场的安培力作用下被加速。设弹头的初速为零，则安培力将弹头推出导轨所做的功等于弹头的动能。由于超导材料研究上的突破，可望输送106A的电流，在5m米长的导轨上，可使弹头加速到6km/s的速度。而常规火炮受结构和材料强度的限制，发射弹头的速度一般不超过2km/s。 早在1937年，普林斯顿大学诺思厄普教授设计了一个装置，成功地用电磁力作动力发射了第一个抛射体，这就从理论上和技术上证实了电磁炮的可行性。然而，由于当时的技术条件有限，缺乏理想的动力设备，所以在相当长的一段时间内，这项研究进展缓慢。60年代，美国和澳大利亚的科学家首先在这个领域取得了微妙的进展。电磁炮的研究和发展出现了新契机。70年代，澳大利亚国立大学的研究人员用电磁炮首次成功地发射了一颗质量为3克的弹丸，其飞行速度高达5900米／秒，远远超过常规炮弹的飞行速度。1980年，美国的研究人员在威斯汀豪斯研究和发展中心用电磁炮成功地发射了一颗质量为317克的弹丸，其飞行速度为4200米／秒。这两次实验表明，电磁炮已不再是科学幻想中的憧憬。 磁流体船进水出水发动机B电流FB?电极海水?IF接发电机如图是电磁船的原理图，左右船舷装着电极，电流沿船体外的海水从正极流回负极，船内装置着超导电磁体，产生一个强大的、垂直于海平面的磁场。接通电流后，通有电流的海水受到磁场的安培力的作用, 与此同时，船体受到海水的反作用，被推向相反的方向，使船前进。只要电流强度和磁感强度B足够大，船受到的推力也将很大，人们估算这种电磁船的航速可望达到180km/h以上，比目前最快的鱼艇还快1倍，而比气垫船节省燃料。另外，由于这种电磁船废弃了螺旋浆、轴等转动部件，大大降低了噪音和振动。 同时还期望用改变海水中电流的方向来改变航向，也许舵也可以取消，这样，可以大大提高船的机动性能，驾驶和维修都将变得更容易。因此，人们估计这种电磁船未来将是一种十分理想的船舶，很有发展前途。 如图，矩形载流线圈MNOP放在均匀磁场 中。规定：线圈平面的单位矢量 的方向与线圈中电流I的流向构成右手螺旋关系。(右手定则)四、载流线圈在磁场中所受的力矩分析：线圈各边受力～四条边均受磁场力。① PM、NO边受力情况：由安培定律：～在一条直线上力学中力矩：∴ PM、NO所受合力、合力矩均为零② MN、OP边受力情况：～不在同一条直线上∴ MN、OP所受合力为零；但合力矩 不为零。合力矩大小为：～线圈的磁矩线圈