稳定磁场精品课件

1、关于稳定磁场第一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1. 运动方向与磁场方向平行 = 0F = 0+Bv结论：带电粒子作匀速直线运动。第二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月周期：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vF +BR运动方程：a向心=v2/RF向心= ma向心第三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月3. 运动方向沿任意方向半径：周期：螺距：结论：螺旋运动:匀速直线运动匀速圆周运动第四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月(1) 磁聚焦带电粒子q以速度v 进入均匀磁场后，作螺旋线运动：螺距：半径：AA 一束发

2、散角 不太大，速度大致相同的带电粒子，从A点进入，磁场则：各粒子的螺距h相等，R不相等各粒子经历一个回旋周期后会聚到A点磁聚焦第五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月(2) 磁约束 一般带电粒子在非均匀磁场也作螺旋线运动：但是：常量常量BRh磁镜磁瓶注：平行磁场方向的速度分量较大的粒子，可能 从两端逃逸出去第六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7-6-2 电磁场控制带电粒子运动的实例1、速度选择器Fm + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - -E+vFe第七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2. 汤姆孙实验 电

3、子动能：第八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月电子束打在屏幕中央的条件：电子的比荷： 电子的质量： 第九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月3. 霍耳效应 B 1879年，霍尔（E.H.Hall，18551936 ）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。+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - V1V2II第十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月动态平衡时：xyzV-

4、- - - - - - - - - - II+ + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - -dbB-vFeFm第十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月RH 称为霍耳系数 霍耳系数RH 与载流子密度n成反比。在金属中，由于载流子密度很大，因此霍耳系数很小，相应霍耳效应也很弱。而在一般半导体中，载流子密度n 较小，因此霍耳效应也较明显。令：如果载流子带正电荷，则霍尔效应的现代应用测试半导体的类型n型 电子导电p型 空穴导电测磁场：目前测磁场常用的高斯计；可计算载流子浓度；第十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月BI+BI+ P型半导体载流子为带正

5、电的空穴 n型半导体载流子为电子判断半导体类型：第十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月4. 质谱仪质谱仪是研究物质同位素的仪器。RN ：为粒子源P：为速度选择器 +-P N B第十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7.7 磁场对载流导线的作用7-7-1 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：+BFLIvF第十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月安培定律 ：安培力： 磁场对电流的作用力安培力的基本计算公式： 第十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月例1. 计算长为L的载流直导线在均匀磁场B中所受的力。IB解：第十七张，PPT共

6、六十二页，创作于2022年6月B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。dFyxORId dlI解：第十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月rxI2I1例3. 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：dxxldFdl第十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月aI1I2平行电流间的相互作用单位长度受力：dF12dl1B2dF21dl2B1第二十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月电流强度单位：“安培”的定义设： I1 = I2 =

7、 1 A，a = 1 m单位长度导线受到的磁力：aI1I2F12F21 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210-7 Nm时，就把两导线中所通过的电流定义为“1安培”。第二十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月求下列电流之间的相互作用：第二十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7-7-2 载流线圈在磁场中所受的磁力矩IIIIbl2 acdl1F1F2FadFbcB结论：平面载流线圈在均匀磁场中所受的安培力的矢量和为零。第二十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月磁场对线圈作用的磁力偶矩大小： 为线圈面积 N匝线圈：线

8、圈磁矩 ：线圈所受磁力偶矩： 注意：上式对均匀磁场中任意形状的平面载流线圈都适用。 力偶臂: IIIIbl2 acdl1F1F2B第二十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月讨论：（1）= 0时，M = 0 ，线圈处于稳定平衡状态。（2） = 90时，M = Mmax= NBIS（3） =180时，M = 0 ，线圈处于非稳定平衡状态。力矩M最大 .力矩M最小 第二十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月非稳定平衡稳定平衡磁力矩总是使线圈或偶极子转向外磁场方向，与此类似，电偶极子在 电场中受到力矩使其转向电场方向。3 平面线圈在磁场中的几种情况2 无论线圈什么形状，均匀磁场对它的作

9、用只取 决于m， m相同的线圈受B的作用完全相同。第二十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月BF1、 载流直导线在匀强磁场中移动时的功xlII第二十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2.载流线圈在磁场中转动时磁场力的功力矩的功：磁力矩：F2F1B第二十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月BI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？第二十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月法一：线圈转过90时，

10、磁通量的增量为：BI第三十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月BI法二作用力方向垂直于线圈平面朝外RdlrM第三十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月力矩的功：力矩：第三十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7.8 磁介质7-8-1 物质的磁性 当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生一种所谓的“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”。第三十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月设：外场的磁感应强度为B0； 介质磁化后的附加磁场为B磁介质中的磁感应强度：相对磁导率：令： =0 r 称为磁导率真空螺线管的磁场：

11、介质螺线管的磁场：第三十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月三类磁介质：（1）顺磁性介质： 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）抗磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。附加磁场B与外场B0反向。 B B0 , r 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）。第三十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月锡(Tc=3K)制的圆柱体，在一注满液态氦的杜瓦瓶中，被置于一电磁铁的两极之间: 第三十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月未超导时第三十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月发生超导时第三

12、十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月磁介质种类种 类温度相对磁导率r 1铋汞铜氢（气）293K293K293K1-16.610-51-2.910-51-1.010-51-3.8910-5r 1氧（液）氧（气）铝铂90K293K293K293K1+769.910-51+334.910-51+1.6510-51+26.010-5r 1铸钢铸铁硅钢坡莫合金2.2103（最大值）4102（最大值）7102（最大值）1105（最大值）r 0汞铌小于4.15K小于9.26K00第三十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月分子磁矩 顺磁质和抗磁质的磁化分子或原子中的电子，存在轨道运动，自旋运

13、动；+-+各电子磁矩+-分子磁矩把分子或原子看作一个整体，其对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为“分子电流”。分子电流的磁矩称为“分子磁矩”表示为 。两种运动都能产生磁效应第四十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1.顺磁质特点：存在分子固有磁矩。无外磁场：外磁场中：-+-+-B+-+-+第四十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2.抗磁质特点：分子固有磁矩等于零+-+-附加电子磁矩 的方向总是和外磁场 方向相反-抗磁效应。第四十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7-8-2 磁化强度与磁化电流1. 磁化强度* 为了反映磁化程度的强弱，引入“磁化强度矢量”磁化强

14、度：磁介质中某一点处单位体积内分子磁矩的矢量和。单位：磁化强度是空间坐标的矢量函数。当磁化强 度矢量为恒矢量时，磁介质被均匀磁化。 注意:第四十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2. 磁化电流 以长直螺线管为例： 介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“磁化电流”（Is ）。第四十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月磁化电流与传导电流的区别： 磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷作定向运动而形成的。磁化面电流密度：介质表面单位长度上的磁化电流磁化强度矢量：Isl

15、第四十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Is结论：磁化强度在数值上等于磁化电流面密度，它们之间的关系由右手螺旋法则确定。adcb第四十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月结论：磁化强度 沿闭合回路的环流，等于穿过回路所包围面积的磁化电流。 7-8-3 磁介质中的磁场 磁场强度 磁介质在磁化后，由于外磁场 和附加磁场 都属于涡旋场。因此，在有磁介质存在时，磁场中的高斯定理仍成立。1. 有介质存在时的高斯定理 第四十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月2. 有介质存在时的安培环路定理 定义“磁场强度”单位：第四十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月存在磁介质时的安

16、培环路定理：实验指出：M = m H系数m称为“磁化率”结论：磁场强度 沿任一闭合回路的环路积分，等于闭合回路所包围并穿过的传导电流的代数和（在形式上与磁介质中的磁化电流无关）。第四十九张，PPT共六十二页，创作于2022年6月令： 称为磁介质的“相对磁导率”令： 称为磁导率第五十张，PPT共六十二页，创作于2022年6月（1）在真空中：（2）在顺磁质中：（3）在抗磁质中：第五十一张，PPT共六十二页，创作于2022年6月Iorr例5. 一半径为R1的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为R2，相对磁导率为r 的圆筒形磁介质。通过导线的电流为I0 。求磁介质内外磁场强度和磁感应强度的分布。解：R

17、2R1第五十二张，PPT共六十二页，创作于2022年6月在导线外第五十三张，PPT共六十二页，创作于2022年6月7-8-4 铁磁质 铁磁质是一种强磁质，磁化后的附加磁感应强度远大于外磁场的磁感应强度，因此用途广泛。铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质。第五十四张，PPT共六十二页，创作于2022年6月1. 磁滞回线 aoHBBr-HsHsbcdefHcOa: 起始磁化曲线Hs : 饱和磁场强度Br : 剩余磁感应强度Hc : 矫顽力第五十五张，PPT共六十二页，创作于2022年6月铁磁质的特点： 能产生非常强的附加磁场B甚至是外磁场的千百倍。而且与外场同方向。 B 和H 呈非线性关系， 不是一个恒量。 高 值。 磁滞现象，B 的变化落后于H的变化。第五十六张，PPT共六十二页，创作于2022年6月铁磁质的分类：HB软磁材料：磁滞回线细而窄，矫顽力小。 磁滞损耗小，容易磁化，容易退磁，适用于交变磁场。如制造电机，变压器等的铁芯。第五十七张，PPT共六十二页，创作于2022年6月硬磁材料：HB磁滞回线较宽，剩余磁感应强度和矫顽力都比较大。适合于制造永磁体第五十八张，PPT共六十二页，创作于2022年6月HB矩磁材料： 磁