磁力-物质的磁性分析.ppt

第11章 磁力 1 带电粒子在磁场中的运动 说明： 1、洛仑兹力F的方向垂直于v和B所确定的平面。 2、洛仑兹力F不能改变带电粒子速度v的大小，只能改变其运动方向。 （1）. 运动方向与磁场方向平行  = 0 F = 0 结论： 带电粒子作匀速直线运动。 周期： 频率： 带电粒子作匀速圆周运动，其周期和频率与速度无关。 结论： （2）. 运动方向与磁场方向垂直 运动方程： （3）. 运动方向沿任意方向 螺距： 结论：螺旋运动 1、磁聚焦 电磁场控制带电粒子运动的实例 2、速度选择器 3. 汤姆孙实验 电子的比荷： 电子的质量： 4. 质谱仪 质谱仪是研究物质同位素的仪器。 N ：为粒子源 P：为速度选择器 带电粒子在非匀强磁场中的运动 粒子受到一个与运动方向相反的力Fx , 此力阻止粒子向磁场增强方向运动. 线圈 线圈 磁约束装置 线圈 线圈 磁约束装置 磁约束装置 线圈 线圈 地磁场的磁感应线 范艾仑(J.A.Van Allen)辐射带 宇宙带电粒子被地球磁场俘获并在艾仑 带内作螺旋式振荡运动。 11.2 霍耳效应 1879年，霍尔（E.H.Hall，1855－1936 ）发现，把一载流导体放在磁场中时，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流两者垂直的方向上出现横向电势差。这一现象称为霍耳效应，这电势差称为霍耳电势差。 动态平衡时： RH 称为霍耳系数 如果载流子带正电荷，则 霍耳系数： P型半导体 载流子为带正电的空穴 n型半导体 载流子为电子 判断半导体类型： 在金属中，由于n很大，因此RH很小。而在一般半导体中，n 较小，因此RH也大。 11.3 载流导线在磁场中受的磁力 1 载流导线在磁场中受的力 电流元中的电子数 nSdl 作用在电流元上的作用力： 安培定律 ： 安培力： 磁场对电流的作用力 安培力的基本计算公式： 例1. 计算长为L的载流直导线在均匀磁场B中所受的力。 解： [例2] 有一半径为R 的半圆形导线，通有 电流 I ，它处于一磁感应强度为B 的匀强磁 场 之中。求：安培力。 [例3] 任意形状的一段导线AB，如图 所示，其中通有电流I ，导线放在和匀强磁 场B 垂直的平面内。试证明导线AB所受的 力等于A到B间载有同样电流的直导线所受 的力。 例4. 无限长直载流导线通有电流I1 ，在同一平面内有长为L的载流直导线，通有电流I2 。（如图所示）求：长为L的导线所受的磁场力。 解： 11.4 载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩 线圈磁矩 ： 线圈所受磁力矩： 注意：上式对均匀磁场中任意形状的平面载流线圈都适用。 讨论： （1）θ= 0时，M = 0 ，线圈处于稳定平衡状态。 （2）θ = 90时，M = Mmax= NBIS （3）θ =180时，M = 0 ，线圈处于非稳定平衡状态。 例、 载流直导线在匀强磁场中移动时的功 11.5 平行载流导线间的相互作用力 单位长度受力： 电流强度单位：“安培”的定义 设： I1 = I2 = 1 A，a = 1 m 单位长度导线受到的磁力： 两平行长直导线相距1m，通过大小相等的电流，如果这时它们之间单位长度导线受到的磁场力正好是210-7 N·m时，就把两导线中所通过的电流定义为“1安培”。 例4. 有一半径为R的闭合载流线圈，通过电流I。今把它放在均匀磁场中，磁感应强度为B，其方向与线圈平面平行。求：（1）以直径为转轴，线圈所受磁力矩的大小和方向。（2）在力矩作用下，线圈转过90°，力矩做了多少功？ 法一： 线圈转过90°时，磁通量的增量为： B I 法二 作用力垂直于线圈平面 力矩的功： 力矩： 第12章 物质的磁性 12.1、物质对磁场的影响 当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生“磁化”现象，介质中出现附加磁场。我们把这种在磁场作用下磁性发生变化的介质称为“磁介质”。 设：外场的磁感应强度为B0； 介质磁化后的附加磁场为B´ 令：  =0 r 称为磁导率 介质螺线管的磁场： 三类磁介质： （1）顺磁质： 介质磁化后呈弱磁性。 附加磁场B与外场B0同向。 B B0 , r 1 （2）抗磁质： 介质磁化后呈弱磁性。 附加磁场B与外场B0反向。 B B0 , r 1 （3）铁磁质： 介质磁化后呈强磁性。 附加磁场B与外场B0同向。 B B0 , r 1 （4）完全抗磁体：（ r ＝0）： B ＝0，磁介质内的磁场等于零（如超导体）。 磁介质种类 种 类 温度 相对磁导率 r ＜1 铋 汞 铜