3安培力磁介质中的磁场解读课件

金属导体三、霍耳效应实验测定霍耳电势差：1897年美国物理学家霍耳发现：对应图中沿Z方向有电势差。这种现象称为霍耳效应，这电势差称为霍耳电势差。霍耳系数可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。8.5带电粒子在磁场中的运动金属导体以导体内部的载流子为自由电子为例：自由电子受的磁力：方向：向上AB在导体两侧(图中上下)出现电荷积累，由此形成一附加电场，方向向上。其对电子在上侧的积累产生阻碍作用，即电子受到的附加电场力为：当Fm=Fe时，电子不再漂移，结果在导体上下两侧形成一横向电势差：若载流子的浓度为n,则电流为：两端的电势差：即可得霍尔系数：一般地：RH决定载流子的正负，实验测定霍尔电势差，就要判断载流子的正负。金属导体霍耳效应的应用：判定导电机制测量未知磁感强度因为：此系数决定于载流子的正负，因此实验测定霍耳电势差，就可判断载流子的正、负。对半导体，用这个方法判定它是空穴型还是电子型导电，还可确定载流子的浓度。I8.5磁场对电流的作用本节研究的是磁场对载流导线、载流线圈的作用。F无外磁场时，在外加电场的作用下，自由电子以匀速运动，形成电流。有外磁场时，自由电子受洛仑兹力的作用，使电子的动量发生变化，大量电子与金属晶格点阵的不断碰撞，在宏观上就表现为导线的受力，这种力被称为安培力。一、磁场作用在一段载流导线上的安培力以导线中的载流子：即沿I方向运动的粒子为例。IS设：载流子密度为n每个电量为q且都以同一速度v运动如图电流元所受的洛仑兹力为：而：一段载流导线受的安培力：例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30°，求此段圆弧电流受的磁力。=30°解：在电流上任取电流元场均匀方向在均匀磁场中，任意形状的一段载流导线所受的安培力，都可以写成：这安培力除与，有关外，只和导线的两个端点位置有关，而与导线的长度和形状无关。例2如图长直导线过圆电流的中心且垂直圆电流平面电流强度均为I求：相互作用力解：在电流上任取电流元(在哪个电流上取？)二、磁场(均匀)作用在载流线圈上的磁力矩线圈平面与方向成任意角a(b)d(c)abcd二者大小相等，方向相反，但不在一条直线上，它们形成一力偶，则这一力偶所形成的力矩：闭合平面线圈在均匀磁场中所受的磁力矩磁力矩总是力图使线圈平面转向与磁场垂直方向；即：Pm转向与B一致方向。a(b)d(c)分析：平衡状态此时M最大三、稳恒磁场中磁力、磁力矩的功1、载流导线在稳恒磁场中运动时磁力所做的功F推导：磁通量增量为：当载流导线在磁场中运动时，I保持不变，则磁力作功等于电流乘以回路磁通量增量。2、载流线圈在恒定磁场转动时磁力矩所做的功a(b)d(c)载流线圈在均匀磁场中从转到当线圈从转到时，磁力矩所做的功为：、表示线圈在、位置时的磁通量。一个任意的闭合回路在磁场中改变位置或形状时，磁力或磁力矩所做的功8.6磁介质当电流周围有物质存在时，磁场会使物质磁化，这样磁化了的物质形成一附加磁场，影响原来的磁场。把影响磁场的物质称之为磁介质。一.磁介质的分类介质对场有影响总场是类比电介质中的电场传导电流产生与介质有关的电流产生在介质均匀充满磁场的情况下定义介质的相对磁导率顺磁质，使磁场增强；抗磁质，使磁场减弱；铁磁质，使磁场剧增。>>介质的相对磁导率二.磁介质的磁化磁化电流1.分子电流分子磁矩磁偶极子介质中的磁导率为：分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和称为分子的磁矩，用表示。与对应的等效圆电流称为分子电流。2、电子的拉摩进动-e以电子的轨道运动为例轨道运动磁矩：轨道运动角动量：两式比较，可得：-e电子的轨道运动受到的磁矩作用，磁力矩为：具有角动量的物体在力矩的作用下就要发生进动。这一进动也等效为一种圆电流，这种圆电流的磁矩方向总是与外磁场方向相反。所以电子在做轨道运动的同时又绕外磁场做进动，这称作拉摩进动。拉摩进动产生一附加磁矩，与外磁场方向相反。3、顺、抗磁质的磁化

顺磁质分子是有矩分子，其具有固有磁矩外加磁场时：分子的固有磁矩是产生顺磁效应的主要因素。抗磁质分子是无矩分子外加磁场时：由于分子中各电子的拉摩进动，使每个分子具有与外磁场方向相反的附加磁矩抗磁质分子附加磁矩的出现是产生磁效应的原因。4.磁化电流由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子电流，如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。均匀磁场螺线管截面三.磁化强度1.磁化强度以长直螺线管内的各向同性磁介质磁化为例可以证明类比电介质^^2.磁化强度与磁化电流的关系四、有磁介质存在时的磁场传导电流产生与介质有关的电流产生合磁场：此磁场仍然是涡旋场，并遵守稳恒磁场的基本规律。即：1、磁场强度由：得：令：称为磁场强度有磁介质时的安培环路定理；它表明磁场强度沿闭合环路L的环流等于正向通过以L为边界的曲面的传导电流。2、三者的关系普遍特殊各向同性代入也可：总结

求解磁介质中的磁场时的步骤如下：五、铁磁质1、铁磁质的宏观性质1)

可使原场大幅度增加与磁化历史有关B-H非线性磁滞现象3)居里温度3、铁磁性起因量子理论磁畴2、磁化曲线和磁滞回线剩磁矫顽力硬磁材料软磁材料内容总结金属导体。精确的解释只能用电子的量子理论。8.5带电粒子在磁场中的运动。侧的积累产生阻碍作用，即电子受到的附加。当Fm=Fe时，电子不再漂移，结果在导体上下两。若载流子的浓度为n,则电流为：。8.5磁场对电流的作用。本节研究的是磁场对载流导线、载流线圈的作用。无外磁场时，在外加电场的作用下，。撞，在宏观上就表现为导线的受力，。例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30°，求此段圆弧电流受的磁力。的两个端点位置有关，而与导线的长度和。二者大小相等，方向相反，。形成一力偶，则