磁场与电磁感应2

1、第七章 磁场与电磁感应7-1 磁场 磁感应强度7-2 磁场对运动电荷的作用力7-3 磁场对载流导线的作用7-4 物质的磁性7-5 电磁感应7-6 电磁场理论1 运动电荷在电场和磁场中受的力方向：右手螺旋，即以右手四指由 经小于 的角弯向 ，拇指的指向就是正电荷所受洛仑兹力的方向.7-2 磁场对运动电荷的作用力7.2.1 洛仑兹力 (Lorentz force)大小:2举例：带电粒子在磁场中运动 回旋半径和回旋频率 洛仑兹力对运动电荷不做功. 洛仑兹力只改变运动电荷的速度方向,不改变其速度的大小;只改变其动量,不改变其动能.3应用：正电子的发现 回旋加速器C.D.安德森 (1905-1991)

2、(Carl David Anderson)美国加州理工学院实验物理学家1932年发现正电子1936年诺贝尔物理学奖4质谱仪的示意图质谱仪7072737476锗的质谱（在 B0 中）（在 B 中）_+速度选择器照相底片.5 磁聚焦应用: 电子光学,电子显微镜等 .6 When a charged particle moves in such a field, which is strong at both ends and weak in the middle, the particle becomes trapped and moves back and forth spiraling aro

3、und the field lines. Magnetic Bottle7 LHC 安装在周长为27 公里的LEP 的隧道中，图中是LHC 弧区的超导磁铁，在全环共有1232 块超导偏转磁铁，392 块超导四极磁铁，和许多其他磁铁和设备。LHC 可以把质子束加速到7TeV。LHC是迄今为止人类建造的最大的加速器装置，它将在2007 年底建成。建成后科学家将能用以寻找他们梦寐以求的希格斯粒子，重现和观察大爆炸后早期宇宙的现象。欧洲核子研究中心CERN8 BEPCII 设备的制造和安装已基本完成，正在进行束流调试，整个工程计划在2008 年完成。BEPCII建成后，有望在相当长的时间里保持在粲能区

4、的国际领先地位，做出一批原创性的物理成果。中国科学院高能物理研究所北京正负电子对撞机Beijing Electron Positron Collider简称BEPC 97.2.2 霍尔效应 (Hall effect)1897年，E. H. Hall 在均匀的磁场中放入通有电流的导体或半导体薄片，使薄片平面垂直于磁场方向，这时在薄片的两侧产生一个电势差，这种现象叫霍耳效应，产生的电势差称为霍耳电势差.10The Electromagnetic Hall effect7.2.2 霍尔效应 (Hall effect)1897年，E. H. Hall 在均匀的磁场中放入通有电流的导体或半导体薄片，使薄

5、片平面垂直于磁场方向，这时在薄片的两侧产生一个电势差，这种现象叫霍耳效应，产生的电势差称为霍耳电势差.11+ + + + + - - - - -+I霍耳电压霍耳系数霍尔效应 (Hall effect)12霍耳效应的应用2）测量磁场1）判断半导体的类型霍耳电压P 型半导体N 型半导体I+_+ + +_ _ _ _ _+ + +I+_13量子霍尔效应1980年，德国物理学家冯克利青（Klaus Von Klitzing, 1943） 1985年的诺贝尔奖 在研究低温强磁场下半导体的霍耳效应时发现 与 不再是线性的，而是量子化的. 霍耳电阻 冯克利青常数 的测定值可以精确到 ，所以量子霍耳效应被用来

6、定义电阻的标准.147.3.1 磁场对载流导线的作用力安培力每个载流子均受洛仑兹力 7-3 磁场对载流导线的作用力 载流导线中的大量载流子在磁场中做定向运动受到的洛仑兹力作用, 通过载流子与导线晶格的碰撞, 将作用力传递给载流导线, 结果就表现为载流导线受到的磁场作用力. 15有限长载流导线所受的安培力上式即磁场对电流元的作用力安培力 (安培定律)S电流元 Idl 中所有载流子数所受洛仑兹力之和大小：方向：右手螺旋16I1I2例5 两无限长平行载流直导线的间距为a, 分别通有电流I1和I2 , 试求其间每单位长度所受的作用力.解I2dl2I1dl117 A, B D, C7.3.2 磁场对载流

7、线圈的作用 载流线圈的磁矩均匀磁场中有一矩形载流线圈ABCDI合力矩不为零18 A, B D, C定义：磁偶极矩线圈有匝 N 时方向？磁矩191. 均匀磁场中, 任何形状刚性平面载流线圈所受的力和力矩为2. 力矩M总是力图使线圈磁矩Pm转向外磁场B 的方向磁场对磁矩的取向作用. A, B D, C讨论20+ + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -回顾：电介质的极化束缚电荷电位移矢量 (electric displacement)均匀各相同性介质7-4 物质的磁性21无外磁场分子电流有外磁场7.4.1 磁介

8、质的磁化 (magnetization)7-4 物质的磁性顺磁质磁化电流22真空中的磁感应强度磁化后介质的附加磁感应强度相对磁导率衡量磁介质的磁化程度大小和方向随磁介质而异磁介质中的总磁感应强度传导电流产生与介质有关的电流产生23(1) r 1 BB0 顺磁质 (paramagnetic substance) (铝、氧、锰等)(2) r 1 B1 BB0 铁磁质 (ferromagnetics) (铁、钴、镍等) 弱磁质强磁质相对磁导率7.4.2 顺磁质、抗磁质和铁磁质24定义：磁介质的磁导率 (permeability) 磁介质中的安培环路定理7.4.3 有介质存在时的磁场 磁场强度辅助量：磁场强度 H (magnetic field intensity)单位: Am-1实验发现：对于各向同性的磁介质,有 可以证明：25例7-8：同轴电缆中金属芯线的半径为 ，共轴金属圆筒的半径为 ，中间充以磁介质（磁导率为 ）,现将芯线和圆筒分别和电池两极相接，若金属芯线内的磁场可略去，求此同轴电缆激发的磁场.解H 的安培环路定理26小结1. 磁场对运动电荷的作用力2. 磁场对载流导线的作用力运动电荷在电场和磁场中受的力安培力平面载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩洛仑兹力27辅助量：磁场强度 H (magnetic field intensity)单位: Am-13. 磁介质中的安培环路定理