稳恒磁场2课程学习.pptx

会计学1第一页，共27页。运动运动(yndng)轨迹是一螺旋线轨迹是一螺旋线粒子运动粒子运动(yndng)(yndng)一周所前进的距一周所前进的距离叫做螺距，用离叫做螺距，用d d 表示表示3.带电粒子带电粒子q进入磁场进入磁场(cchng)的速度的速度v与与B 成一夹角成一夹角 螺旋线的半径螺旋线的半径螺旋线的周期螺旋线的周期 应用应用 电子光学电子光学,电子显微镜等电子显微镜等.磁聚焦磁聚焦 在均匀磁场中某点在均匀磁场中某点 A 发射发射一束初速相差不大的带电粒子一束初速相差不大的带电粒子,它们的它们的 与与 之间的夹角之间的夹角 不尽相同不尽相同,但都较但都较小小,这些粒子沿半径不同的螺旋线运动这些粒子沿半径不同的螺旋线运动,因螺距近似相等因螺距近似相等,都相交于屏上同一点都相交于屏上同一点,此现象称之为磁聚焦此现象称之为磁聚焦.第1页/共27页第二页，共27页。带电粒子在非均匀磁场中的运动带电粒子在非均匀磁场中的运动 与与 不垂直不垂直为非均匀磁场为非均匀磁场地磁场的磁约束地磁场的磁约束(yush)(yush)作用作用SN地磁场对来自宇地磁场对来自宇宙空间高能宙空间高能(gonng)(gonng)带电粒带电粒子的磁约束作用子的磁约束作用磁北极磁北极(bij(bij)地理地理北极北极地球地球轨道轨道平面平面质子质子电子电子第2页/共27页第三页，共27页。1.霍耳效应霍耳效应(hu r xio yn)和和霍耳电势差霍耳电势差霍耳霍耳系数系数(xsh)霍耳电霍耳电势差势差7.4.2 霍耳效应霍耳效应(hu r xio yn)第3页/共27页第四页，共27页。I+-P 型半导体型半导体+-2 霍耳效应霍耳效应(hu r xio yn)的应用的应用2 2）测量）测量(cling)(cling)磁场磁场霍耳电压霍耳电压(diny)1）判断半导体的类型判断半导体的类型+-N 型半导体型半导体-I+-磁场磁场第4页/共27页第五页，共27页。7.4.3 回旋回旋(huxun)加加速器速器 回旋加速器的基本原理就是利回旋加速器的基本原理就是利用回旋频率与粒子速度用回旋频率与粒子速度(sd)无关的无关的性质性质 回旋半径回旋半径交变电场交变电场(jio bin din chn)的周期的周期离子的最终速率离子的最终速率离子的动能离子的动能第5页/共27页第六页，共27页。B B与与Idl Idl 的夹角的夹角(ji jio)(ji jio)为为 B B与电子运动速度与电子运动速度(sd)v(sd)v 的夹角的夹角为为 电流元中电荷电流元中电荷(dinh)(dinh)的的总数为总数为电子所受的洛仑兹力电子所受的洛仑兹力S电流元电流元I Id dl l 受到的力受到的力d dF F大小为大小为 电流元电流元Idl在磁场在磁场B 中所受的力中所受的力d dF F 叫做叫做安培力安培力。1.1.安培力安培力7.4.4 安培定律安培定律 第6页/共27页第七页，共27页。长为长为 l l 的长载流导的长载流导线线(doxin)(doxin)所受的安所受的安培力培力2.安培安培(npi)定定律律 长为长为 l l 的载流导线的载流导线(doxin)(doxin)在在均匀磁场均匀磁场 B B 中所受的安培力中所受的安培力大小大小：方向方向:右手定则右手定则方向方向:右手定则右手定则 I与与B 垂直垂直第7页/共27页第八页，共27页。例例 1 1 设在真空中有两根相距为设在真空中有两根相距为d d 的无限长平行直导线，的无限长平行直导线，分别通以电流分别通以电流 I1 I1 和和 I2 I2，且电流的流向相同，试求单，且电流的流向相同，试求单位长度位长度(chngd)(chngd)上的导线所受的安培力为多少？上的导线所受的安培力为多少？解：解：同理可得同理可得第8页/共27页第九页，共27页。国际单位国际单位(dnwi)(dnwi)制中电流单制中电流单位位(dnwi)(dnwi)安培的定义安培的定义在真空中两平行长直导线相距在真空中两平行长直导线相距 1m ，通有大小相等、方向相，通有大小相等、方向相同的电流，当两导线每单位长同的电流，当两导线每单位长度上的吸引力为度上的吸引力为 时，规定这时的电流为时，规定这时的电流为 1A.问问 若两直导线电流方向相反若两直导线电流方向相反(xingfn)(xingfn)二者之间的作二者之间的作用力如何？用力如何？第9页/共27页第十页，共27页。PL解解 取一段电流元取一段电流元结论结论 任意平面任意平面(pngmin)(pngmin)载流载流导线在均匀磁场中所受的力导线在均匀磁场中所受的力,与与其始点和终点相同的载流直导线所其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同受的磁场力相同.例例2 2 求求 如图不规则的平面如图不规则的平面(pngmin)(pngmin)载流导线在均匀载流导线在均匀磁场中所受的力，已知磁场中所受的力，已知 B B 和和 I.I.第10页/共27页第十一页，共27页。7.4.5 电磁电磁(dinc)轨道轨道炮炮 抛射物抛射物导电溶体导电溶体导电轨道导电轨道 轨道炮是一个在短时间内利用轨道炮是一个在短时间内利用(lyng)磁场力把抛射磁场力把抛射物加速到高速的装置当太阳能电池等设备产生的强大物加速到高速的装置当太阳能电池等设备产生的强大电流沿两条平行的导体轨道之一送出，流过两轨道之间电流沿两条平行的导体轨道之一送出，流过两轨道之间的导电的导电“溶体溶体”（如窄铜片），然后沿第二条轨道回到电（如窄铜片），然后沿第二条轨道回到电流源流源第11页/共27页第十二页，共27页。2Rw导电气体导电气体 把待发射的抛射物平放把待发射的抛射物平放在溶体的前面并松弛在溶体的前面并松弛(sn ch)地嵌在两轨道之间电流地嵌在两轨道之间电流一通入，溶体立刻熔化并汽一通入，溶体立刻熔化并汽化，在轨道间形成导电气体化，在轨道间形成导电气体导电气体所受磁场力的近导电气体所受磁场力的近似大小为似大小为 第12页/共27页第十三页，共27页。抛射物由静止被发射后所获得的加速度抛射物由静止被发射后所获得的加速度 物体离开轨道时的速度物体离开轨道时的速度为为 此速度完全可以满足此速度完全可以满足(mnz)太空发射物体的太空发射物体的需要，电磁轨道炮将在未来太空探索中发挥越来越需要，电磁轨道炮将在未来太空探索中发挥越来越大的作用大的作用例，当例，当第13页/共27页第十四页，共27页。矩形矩形(jxng)(jxng)载流线圈载流线圈MNOPMNOP，通以电流，通以电流 I I抵消抵消(dxio(dxio)磁场作用在线圈上的力矩磁场作用在线圈上的力矩(l j)M(l j)M的大的大小为小为 线圈有线圈有N 匝时匝时矢量式矢量式1.磁力矩磁力矩7.4.6 均匀磁场对载流线圈的作用均匀磁场对载流线圈的作用 载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩第14页/共27页第十五页，共27页。力矩总是使线圈力矩总是使线圈(xinqun)(xinqun)的磁矩的磁矩m m转到磁感应强度转到磁感应强度B B 的方向。的方向。稳定平衡稳定平衡(wndng pnghng)力矩力矩(l j)最大最大不稳定平衡不稳定平衡2.磁力矩对的磁矩磁力矩对的磁矩m作用作用 结论结论:均匀均匀磁场中，任意形状磁场中，任意形状刚刚性闭合性闭合平面平面通通电线圈所受的力和力矩为电线圈所受的力和力矩为大小大小:方向方向:右手定则右手定则第15页/共27页第十六页，共27页。I IRQJKPo例例3 如图所示如图所示,半径为半径为R，电流为，电流为I，可绕，可绕 Oy轴旋转的圆形载流轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中线圈放在均匀磁场中，磁感应强度的大小为，磁感应强度的大小为B，方向沿，方向沿x轴正向轴正向.问：线圈受力情况问：线圈受力情况(qngkung)怎样？怎样？线圈所受的磁力矩又为线圈所受的磁力矩又为多少？多少？解解 把线圈把线圈(xinqun)(xinqun)分为分为JQPJQP和和JKPJKP两部分两部分以以Oy为轴，为轴，所受磁力矩大小所受磁力矩大小第16页/共27页第十七页，共27页。有一根导线长有一根导线长L，载有电流，载有电流I，如果把这根导线，如果把这根导线弯成一个圆形线圈。求当线圈只有弯成一个圆形线圈。求当线圈只有(zhyu)一匝时，一匝时，它在给定的磁场它在给定的磁场 B 中所受到的最大力矩。中所受到的最大力矩。课课 堂堂 练练 习习第17页/共27页第十八页，共27页。2.磁介质中的磁场磁介质中的磁场(cchng)处于处于(chy)(chy)磁场中的磁介质产生附加磁场，使原有的磁磁场中的磁介质产生附加磁场，使原有的磁场发生变化的现象叫做磁介质的磁化。场发生变化的现象叫做磁介质的磁化。1.磁介质的磁化磁介质的磁化(chu)在各向同性的磁介质中在各向同性的磁介质中 r r 叫做磁介质的叫做磁介质的相对磁导率相对磁导率.外磁场外磁场 B0附加磁场附加磁场B介质中的总介质中的总磁感应强度磁感应强度7-5 磁介质中的磁场磁介质中的磁场7.5.1 磁介质的分类磁介质的分类 第18页/共27页第十九页，共27页。3.磁介质的分类磁介质的分类(fn li)顺顺磁磁质质：B B 与与B0B0方方向向(fngxing)(fngxing)相相同同，r1,r1,B B0B B0抗磁质：抗磁质：B B 与与B0B0方向方向(fngxing)(fngxing)相反，相反，r1,B r1,BB0顺磁质具有的磁性叫做顺磁性。顺磁质具有的磁性叫做顺磁性。抗磁质具有的磁性叫做抗磁性。抗磁质具有的磁性叫做抗磁性。铁磁质所具有的磁性叫做铁磁性。铁磁质所具有的磁性叫做铁磁性。如氧、锰、铬等。如氧、锰、铬等。如铜、铋、锑及惰性气体。如铜、铋、锑及惰性气体。如铁、镍、钴及某些合金。如铁、镍、钴及某些合金。顺磁质顺磁质 抗磁质抗磁质铁铁磁质磁质弱磁质弱磁质强磁质强磁质第19页/共27页第二十页，共27页。(1)分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩m是分子中各个是分子中各个(gg)电子轨道磁矩、电子自旋磁矩的总和。电子轨道磁矩、电子自旋磁矩的总和。分子分子(fnz)(fnz)电电 i i 流流m4.顺磁质的磁化顺磁质的磁化(chu)分子磁矩分子磁矩(2)顺磁质的磁化顺磁质的磁化顺磁质的磁化是分子磁矩取向磁化。顺磁质的磁化是分子磁矩取向磁化。无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场顺磁质内的磁场顺磁质内的磁场分子磁矩分子磁矩:第20页/共27页第二十一页，共27页。1.磁化磁化(chu)电电流流 均匀的磁介质，内部各点处的均匀的磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消小分子电流会相互抵消,表面表面上的小分子电流没有抵消，它上的小分子电流没有抵消，它们方向们方向(fngxing)(fngxing)相同，相当相同，相当于在表面上有一层表面电流。于在表面上有一层表面电流。这种未被抵消的表面电流称为这种未被抵消的表面电流称为磁化电流（束缚电流）磁化电流（束缚电流）,记作记作I I。顺磁质的磁化电流顺磁质的磁化电流(dinli)产产生的磁场是加强磁介质内部原生的磁场是加强磁介质内部原磁场的。磁场的。抗磁质的磁化电流产生的磁场抗磁质的磁化电流产生的磁场是削弱磁介质内部原磁场的。是削弱磁介质内部原磁场的。磁化电流只能产生磁效应磁化电流只能产生磁效应,能激发能激发磁场，不具有热效应磁场，不具有热效应.7.5.2 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理第21页/共27页第二十二页，共27页。2.磁化电流磁化电流(dinli)与传导电流与传导电流(dinli)的关系的关系 3.磁介质的磁导率磁介质的磁导率 叫做叫做(jiozu)(jiozu)磁介质的绝对磁导率磁介质的绝对磁导率,简称为简称为磁导率磁导率第22页/共27页第二十三页，共27页。4.磁介质中的安培磁介质中的安培(npi)环路定理环路定理磁场强度磁场强度 H H 沿任一闭合回路的线积分等于该闭合回沿任一闭合回路的线积分等于该闭合回路所包围的传导电流的代数和路所包围的传导电流的代数和,这就是这就是(jish)(jish)磁介磁介质中的安培环路定理。质中的安培环路定理。磁介质中的安磁介质中的安培环路培环路(hun l)定理定理在真空中在真空中,r r=1=1或或叫做磁场强度叫做磁场强度 的单位为的单位为 第23页/共27页第二十四页，共27页。I例例4 4 有两个半径分别为有两个半径分别为 R1 R1 和和 R2 R2 的的“无限长无限长”同轴同轴圆柱面形导体，在它们之间充以相对磁导率为圆柱面形导体，在它们之间充以相对磁导率为 r r 的的磁介质磁介质.当两圆筒通有相反方向当两圆筒通有相反方向(fngxing)(fngxing)的电流的电流 I I 时，试求同轴圆柱面各区域的磁感强度时，试求同轴圆柱面各区域的磁感强度B B 的大小的大小解：对称性分析解：对称性分析(fnx)(fnx)I第24页/共27页第二十五页，共27页。1.磁畴磁畴无无外外磁磁场场(cchng)有有外外磁磁场场在铁磁质内部分子磁矩方向在铁磁质内部分子磁矩方向(fngxing)(fngxing)一致，排列非常整一致，排列非常整齐的自发磁化的小区域叫做磁齐的自发磁化的小区域叫做磁畴畴磁畴的体积磁畴的体积(tj)(tj)原子数原子数居里温度居里温度铁磁质变为顺磁质的临界温度叫居里温度或居里点。铁磁质变为顺磁质的临界温度叫居里温度或居里点。铁的居里温度为铁的居里温度为镍的居里温度为镍的居里温度为7.5.3 铁磁质铁磁质第25页/共27页第二十六页，共27页。2.铁磁质的主要铁磁质的主要(zhyo)特性：特性：（1）它具有很大的磁导率）它具有很大的磁导率 在外磁场在外磁场作用下，能产生很大的与外磁场同向的附加磁作用下，能产生很大的与外磁场同向的附加磁感应强度，并且磁导率感应强度，并且磁导率 不是常数，而是随着不是常数，而是随着铁磁质中的磁场强度的不同而变化铁磁质中的磁场强度的不同而变化 （2 2）存在磁滞现象铁磁质的磁化过程落后）存在磁滞现象铁磁质的磁化过程落后于外加磁场的变化，当外加磁场停止于外加磁场的变化，当外加磁场停止(tngzh)(tngzh)作作用后，铁磁质仍保留部分磁性，称为剩磁现象用后，铁磁质仍保留部分磁性，称为剩磁现象 （3 3）任何铁磁质都有一个临界温度）任何铁磁质都有一个临界温度(wnd)(wnd)，称为居里温度，称为居里温度(wnd)(wnd)或居里点当或居里点当温度温度(wnd)(wnd)超过居里点时，铁磁质的铁磁性立超过居里点时，铁磁质的铁磁性立即消失而变为普通的顺磁质即消失而变为普通的顺磁质 第26页/共27页第二十七页，共27页。