fang第九章恒定磁場5課件

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apfang@5/24/2016

階段2考試統計班級100-9089-8079-7069-6060以下請假平均分電氣57194230088.39電氣58176501089.17電氣59163252086.68電氣510225000094.67電氣511145341184.59電氣512205101092.18大班1082813125189.26一、洛倫茲力?

實驗結果9-6帶電粒子在磁場中的運動以速度v運動的單個帶電量q的粒子在磁場中受到的磁場力f

?安培力與洛倫茲力的關系安培力是大量帶電粒子洛倫茲力的疊加(1)洛倫茲力始終與電荷運動方向垂直，故說明對電荷不作功(2)在一般情況下，空間中電場和磁場同時存在時，帶電粒子所受的力為(3)為負時，反向只改變粒子的方向，而不改變它的速率和動能例：二、帶電粒子在均勻磁場中的運動?情況帶電粒子的運動不受磁場影響?情況ORR與成正比T與無關它是磁聚焦,回旋加速器的基本理論依據討論：(1)如何觀察粒子的軌跡？云室，氣泡室(2)確定粒子的速度和能量。(3)判別粒子所帶電荷的正負。帶電粒子的偏轉方向過飽和蒸汽不穩定狀態過熱液體根據來判斷帶電粒子根據宇宙射線轟擊鉛板所產生的粒子軌跡,發現了正電子。(4)回旋加速器加速帶電粒子利用高頻交流電壓++++-------+++-+實際上中間很窄相對論效應回旋加速器?

一般情況帶電粒子作螺旋運動粒子的速度與斜交成角若只有分速度則粒子在垂直于的平面內作勻速圓周運動。若只有分速度磁場對帶電粒子沒有作用力，的方向作勻速直線運動。粒子將沿平行于R旋轉周期磁聚焦原理

粒子源A當很小時接收器A/即：當帶電粒子束發散角不太大時，若帶電粒子的速度又大致相同，應用：重新會聚。回旋半徑螺距因其軌跡有幾乎相同的螺距，粒子束經過一個回旋周期后，則帶電它廣泛應用于真空器件中，特別是電子顯微鏡中觀測儀器的分辨本領電子波波長光波波長<<電子顯微鏡分辨率遠大于光學顯微鏡分辨率電子顯微鏡工作原理圖物體光源聚光透鏡物鏡目鏡光學顯微鏡照相底片聚焦磁場電子源接物磁場投影磁場電子顯微鏡透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡?磁約束原理在非均勻磁場中，速度方向與磁場方向不同的帶電粒子，也要作螺旋運動，但半徑和螺距都將不斷發生變化磁場增強，運動半徑減少強磁場可約束帶電粒子在一根磁場線附近的很小范圍內作螺旋運動三、帶電粒子在非均勻磁場中的運動——橫向磁約束能約束縛帶電粒子運動的磁場的作用效應──磁約束縱向磁約束

減少粒子的縱向前進速度，使粒子運動發生“反射”——磁鏡效應----縱向磁約束磁鏡高溫等離子體磁鏡效應的典型應用受控熱核聚變實驗研究將帶電粒子約束在一定范圍內作往返運動而無法逃逸出去——磁瓶線圈線圈?地球的磁約束效應——

天然磁瓶極光a四、霍爾效應1879年,霍耳發現：在一個通有電流的導體(或半導體)板上，若垂直于板面施加一磁場，則在與電流和磁場都垂直的方向上，板面兩側會出現微弱電勢差——霍爾效應(1)裝置ldIb實驗結果(2)原理橫向電場阻礙電子的偏轉洛倫茲力使電子偏轉當達到動態平衡時：霍耳系數討論：(1)通過測量霍爾系數可以確定導電體中載流子濃度研究半導體材料性質的有效方法（濃度隨雜質、溫度等變化）(2)區分半導體材料——霍爾系數的正負與載流子電荷性質有關++++––––++++––––N

型半導體P

型半導體(3)霍爾效應原理的應用——

磁流體發電高溫導電氣體沒有機械轉動部分造成的能量損耗——可提高效率,無污染,起動快特點：(1)該半導體是p型，n型(2)載流子的濃度n解：求：例：IabcA(1)所以該半導體是n型A

面上積聚正電荷面上積聚負電荷(2)一、磁介質及其分類1.

磁介質——放入磁場中能夠顯示磁性的物質電介質放入外場磁介質放入外場——相對磁導率

反映磁介質對原場的影響程度

9-7物質的磁性抗磁質在外磁場中，呈現很弱的磁性的物質。這類磁介質磁化后，磁介質中的磁場稍有減弱,即磁化后產生了與外磁場反方向的微弱的附加磁場。鐵磁質在外磁場中呈現很強的磁性.這類磁介質磁化后，磁介質中的磁場顯著增強,即磁化后產生了與外磁場同方向的很強的附加磁場。如：鐵，鈷，鎳及其合金等如：鋅、銅、水銀、鉛等2.

磁介質的分類順磁質在磁場中呈現很弱的磁性。這類磁介質磁化后，磁介質中的磁場稍有增加,即磁化后產生了與外磁場同方向的微弱的附加磁場。如：錳、鉻、鉑、氧等則有：抗磁質鐵磁質順磁質與方向相同，很小，所以：略大于與方向相反，很小，所以：略小于與方向相同，很大，遠大于所以：3.有磁介質存在時的磁場順磁質抗磁質減弱原場增強原場弱磁性物質順磁質和抗磁質的相對磁導率都非常接近于1。即鐵磁質通常不是常數具有顯著的增強原磁場的性質強磁性物質4.磁導率在磁介質均勻充滿的條件下二、磁化機理原子中電子的軌道磁矩1.

安培分子環流的概念和方法電子的自旋磁矩電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數量級分子固有磁矩——所有電子磁矩的總和抗磁質對外不顯磁性(1)無外磁場作用時2.磁化機理(2)有外磁場作用時順磁質分子的固有磁矩受力矩的作用，使分子的固有磁矩趨于外磁場方向排列。但由于分子熱運動的影響，各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊，不過外磁場越強，排列越整齊。正是由于這種取向排列使得原磁場得到加強，但這種加強很小。順磁質由于熱運動，對外也不顯磁性抗磁質它的分子沒有固有磁矩，為什么也能受磁場的影響？？？這是由于抗磁質在外磁場的作用下產生“感應”磁矩的緣故。電子軌道半徑不變當外場方向與原子磁矩反方向時當外場方向與原子磁矩同方向時結論：無論電子軌道運動如何，外磁場對它的力矩總使它產生一個與外磁場方向相反的附加磁矩。結論：

抗磁質磁化每個分子中的所有電子都產生“感應”磁矩。則磁介質產生與外磁場方向相反。在外磁場中，分子固有磁矩的轉向效應不存在。其磁化的主要原因是：引起的附加磁矩。在外場作用下，附加磁場將順磁質放入外場固有磁矩在外磁場作用下，產生取向轉動，磁矩將轉向外場方向——宏觀上產生附加磁場順磁質磁化電子軌道運動，電子自旋運動，核的自旋運動在外磁場的作用下，產生的力矩，使得它們都產生一個與外磁場方向相反的附加磁矩（感應磁矩）則磁介質產生附加磁場與外場方向相同三、有磁介質的高斯定理在磁介質存在時，磁感應線仍然是一系列無頭無尾的閉合曲線——含磁介質的磁高斯定理對于任意閉合曲面S四、有磁介質時的安培環路定理1.束縛電流磁化強度以無限長螺線管為例定義：磁化強度

磁化強度越強，反映磁介質磁化程度越強順磁質在磁介質內部的任一小區域：相鄰的分子環流的方向相反在磁介質表面處各點：分子環流未被抵消形成沿表面流動的面電流——束縛電流(磁化電流)結論：介質中磁場由傳導和束縛電流共同產生。——束縛電流密度可證明:順磁質2.磁介質中的安培環路定理用磁化強度描述束縛電流定義磁場強度——磁介質的安培環路定理磁介質內磁場強度沿所選閉合路徑的環流等于閉合積分路徑所包圍的所有傳導電流的代數和。討論：(2)束縛電流與磁化強度設單位長度上的束縛電流為沿Z方向磁化的介質體元(1)普遍適用取任意閉合回路

L，則磁化強度M

沿L

的積分等于穿過此積分回路圍成的面積上束縛電流強度的代數和。(普遍關系式)則，它產生的磁矩介質側面上的束縛電流強度(3)對于各向同性介質，在外磁場不太強的情況下——介質的磁化率一定條件下，可用安培環路定理求解場強度，然后再求解磁感應強度。真空中(4)一無限長載流直導線，其外包圍一層磁介質，相對磁導率(2)介質內外界面上的束縛電流密度例：求：解：根據磁介質的安培環路定理(1)磁介質中的磁化強度和磁感應強度由磁化強度與束縛電流密度的關系內界面：外界面：五、鐵磁質1.最主要特征：在外場中，鐵磁質可使原磁場大大增強。存在磁滯現象2.磁疇——磁化微觀機理磁疇中分子磁矩自發地磁化達到飽和狀態無磁化方向與有——整個鐵磁質的總磁矩為零同向的磁疇擴大磁疇的磁化方向磁化方向轉向的方向使磁場大大增強當外場撤去，被磁化的鐵磁質受體內雜質和內應力的阻礙，并不能恢復磁化前的狀態。相對磁導率很大，且不為一個常數存在一個臨界溫度——居里點。3.宏觀磁化現象——磁滯回線鐵磁質中不是線性關系

剩磁矯頑力(1)實驗證明：各種鐵磁質的起始磁化曲線都是“不可逆”的，磁滯現象討論：(2)要消除剩磁，要依靠鐵磁質的矯頑力不同材料，矯頑力不同(4)鐵磁材料的應用HC

較小HC較大易磁化，易退磁剩磁較強，不易退磁可作變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯可作永久磁鐵(3)鐵磁質的磁化狀態取決于鐵磁質此前的磁化歷史軟磁材料硬磁材料穩恒磁場小結?磁感應強度和磁場強度的確定?畢—薩定律電流元的選取，磁場的疊加原理注意：確定磁感應強度與電場強度方向的區別幾種常用載流體產生的磁感應強度（運動電荷產生的磁場）（磁場的無源性）求電流對稱分布的磁感應強度線圈在磁場中轉動（分析趨勢）霍爾效應?磁介質