2.2安培环路定理 磁场力.ppt

* * * * * * * 洛伦兹力和安培力的关系 洛伦兹力是安培力的微观本质 安培力是洛伦兹力的宏观表现 霍尔效应 1879 + ? 霍尔效应使人们对金属导电和半导体导 电的机制有了更清楚的认识 + ? 量子霍尔效应 The Quantized Hall Effect 1980, 德国物理学家 Klaus 阶梯型的曲线，反应了原子的内部结构 是具有能级的 例1 如图所示，在xy平面上有一片稀疏的电子（其间相互作用可以忽略）。在-HYH间，从x负半轴的远处以相同的速率V，沿着x轴方向平行地向y轴射来，试设计一磁场区，使得 ⑴ 所有电子都能在磁场力作用下通过坐标原点. ⑵ 这一片电子最后扩展为-2HY2H范围内，继续沿着x轴方向，以V向远处射去。(已知电子电量e,质量m.) 电磁场和参考系 q相对S’静止 按狭义相对论的原理，电场和磁场不是相互独立的，而是统一的．观察到电场或是磁场与参考系有关．在一个参考系看到只有电场，在另一个参考系看可能既有电场又有磁场．因此按爱因斯坦的话说，作用在一个运动带电粒子上的磁场力，实际上就是电场力． 一般的两惯性系间电磁场变换关系 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 磁场线Lines of the magnetic field 特点： 　　１．闭合曲线 　　２．与电流套联 S 安培环路定理Ampere’s law L 磁感应强度Ｂ的环流 恒等于穿过环路的电 流的代数和． 一长直载流导线 以长直导线为轴线的圆形回路A 说明 线元dl 长直导线，任意平面闭合环路 无电流穿过任意平面回路 长直导线，任意闭合回路A L 安培定律的应用 求长圆柱面电流的磁场分布 柱面外磁场与长直导线一样 无限长载流螺线管 螺绕环 p 无限大载流平面，面电流密度为j 磁场的高斯定理Gauss’ law for magnetic fields 穿过曲面的磁力线条数 1weber=1tesla. meter2 磁通量 S 说明 磁力线是闭合曲线，穿进闭曲面的条数等于 穿出的磁力线条数．故闭曲面磁通量为零． 若磁力线和闭曲面相切， 仍然有磁通量为零． 比较电场的高 斯定理电场是 有源场，磁场 是无源场 安培力（作用在载流导体上的力）The magnetic force on a current 例１．求作用在载流曲线上的安培力 例２．求如图情形下载流圆线圈上的安培力. 载流线圈在非均匀场中受到指向弱场方向的力 线圈在磁场中所受的力矩 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? O O’ 载流线圈在均匀磁场中受合力为零，受到磁力矩的作用。 线圈的磁矩Magnetic moment O O’ 电偶极矩 作用在运动带电粒子上的磁场力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? m q ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? m q 洛仑兹力的特点 １．不改变粒子速度的大小，不改变动能，不做功； ２．在洛仑兹力作用下，带电粒子作圆运动，或螺旋线运动． 磁聚焦 h B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 质谱仪Mass spectrometer + ? Separates ions having the same velocity 回旋加速器The cyclotron In Fermilab accelerator 4 mill circumference 10s travel Superconducting supercollider (SSC) 20 times size N S D1 D2 带电粒子在非均匀场中运动 磁场关于X轴对称.取一个平面考虑. 将速度在坐标方向上分解 该F在YZ平面内,使粒子作圆运动 YZ面上的分速度受磁场X分量的力 X方向速度受磁场y分量的力沿Z方向， 即力沿圆周切向将改变切向速度. Z方向速度受磁场y分量的力F指向弱场-x方向.粒子沿x向减速 地轴 磁镜 范阿伦带 南极光如蛇般蜿蜒 加拿大魁北克极光 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *