磁场与电流相互作用

1、磁场对电流的作用NSIIaction of magnetic field on the current Chapter 10磁场对电流的作用第十章1本章内容本章内容Contentschapter 10磁场对电流元的作用action of magnetic field on the current element磁场对截流线圈的作用action of magnetic field with current loop洛伦兹力与霍耳效应Lorenz force and Hall effect带电粒子在电场和磁场中的运动movement of charged particle in electrica

2、nd magnetic field2第一节ssss10.1磁场对电流元的作用action of magnetic fieldon the current element3安培定律磁场对电流元的作用安培定律电流元Ild在磁场 中B（安培力）受的作用力Fd大小sinqBIldFd矢量式FdIldB长度为 的载流导线在磁场中受的安培力ldFlFlIldB若载流导线各电流元受力同向，合力大小Fl0sinqBIldBqldIFd4例一例求下图载流直导线所受的安培力lBIq均匀磁场F解法提要dFlFl0sinqBIldl0sinqBIldsinqlBI方向当 或 时，q0p当 时，2pqF0F极大，Fma

3、xlBI5例二RBI匀强IO例求下图半圆电流所受的安培力YXadaldXFdFdyFd解法提要dFsinqBIld任一电流元均与正交Bqp2dFBIldXFddFcosasinadFFdyldRdaXFlXFddFcosaBIldcosa0RdaBIcosa0p0FyldFBIld0daRBI0pFdysinasinasina2RBIF方向沿Y轴正向2RBI故，合力Fy6载流导线间的作用载流导线间的相互作用7续5（动）II载流导线间的相互作用8续6（动）II载流导线间的相互作用9两无限长直电流作用IBFdFdaldldBIB=pmO2IaFd=IldB无限长载流直导线Fdld=pmO2Ia21

4、m1A1A令4mO=107pA2可导出mONNm1072=Fdld110第二节ssss10.2磁场对截流线圈的作用action of magnetic field with current loop11磁场对载流线圈作用磁场对载流线圈的作用nBnInInInI12续9abFcdFIl1BFadFbcI2lBsinp2IB2lsinp2Il1B载流线圈受磁力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssinqMPmB或其中载流线圈的磁矩PmIsn侧视图nabcdabFcdFFbcFadBIaqIIIl12l俯视图cdFadFbcBaqaqnd载流线圈的单位法线13稳定、非稳定平衡M外2q01

5、M外M磁nBcd非稳定平衡nB与反向M磁nB与同向Bncd稳定平衡14例三例求下图载流线圈所受的安培力及对Y轴的磁力矩解法提要dFBIldsinaFdFIRBsinada0p2ldRdaIRB0p2sinada0BIXRaxodaFdBYdlIa匀强MIBssinq载流线圈法线 与 正交nBqp2，线圈面积spR2得载流线圈所受磁力矩MIBpR215磁力的功BFIabcdIIl磁力的功磁力 的功FA=FaaIaalBIBrs=rFIabIF16磁力矩的功rF-末B通量初B通量FabcdFabcd)IabcdabcdnnMBIIIIn磁力矩 的功MA=IrF产生一角位移M载流线圈受磁力矩 作用1

6、7第三节ssss10.3洛伦兹力与霍耳效应Lorenz force and Hall effect18洛仑兹力洛仑兹力=FBvqqsinBvF=q大小+qqFvBvFBFvBBFvFvBFBvBvBvFvqBFvBq19电场中的载流子正 负载流子在电场作用下的运动方向+-IIv+v20霍耳效应霍耳效应+-II+vF0+霍耳电压+-B21续17+-II0+霍耳电压+-B+-IIFB0+霍耳电压+-v霍耳效应-+Fv22霍耳效应测磁场利用霍耳效应测恒定磁场BV霍耳元件探头保护罩23测载流子密度霍耳电压RHIB1V2VdRH霍耳系数nq1p型半导体(空穴导电)型半导体(电子导电)n0RHRH0载流子

7、数密度n+-IB+霍耳效应I0+霍耳电压+-IIBF0+霍耳电压v+-+-+Fvddnnqq1V2V011221V2V024周期BFFvv+qqmmBvF=q洛仑兹力Rmv2=向心力2pB=qm周期T=2pRvB=qRmv半径半径与周期25质谱仪B质谱仪原理+离子源v+质谱仪原理B=qRmv半径Bvq若为常量Rm8+26偏转+运动带电粒子在磁场中的偏转+v偏转B27螺线BBv+v28续24+vvvBqBvvqv带电粒子在磁场中的螺旋运动29螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmvRsin半径=v=mmBqqBq30例四BqlL1yYX2yq=RqmvB+vqy=?tgq=l

8、R22l+y=1y2y=RR22lLtgq+31磁约束BFIIvBBFF+磁约束(磁镜效应)磁约束F32磁流体发电负载+-+-+BEk2AE1Ad建立电动势的非静电力为洛仑兹力=FBqv非静电力场Ek=Fq=Bv电动势e=Ekd=Bvd磁流体发电原理33AMS磁谱仪a 用 磁谱仪(AMS)探测反氦核+中子质子反质子电子反电子反中子nn反氦核nn氦核+nn34续32nn+nn+B质子反质子电子反电子反氦核氦核+nn+nna 用 磁谱仪(AMS)探测反氦核同上同上35续33+nn+nna 用 磁谱仪(AMS)探测反氦核同上nn+nn+B俯视B永磁体闪烁体(记录粒子进出状况)六层硅探测器(记录粒子电量,速度,轨迹等)反氦核(产生磁场 )B36第四节ssss10.4带电粒子在电场和磁场中的运动movement of charged particle in electricand magnetic