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1、磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版磁场中运动粒子的受力磁场中运动粒子的受力什么是什么是安培力安培力?怎么确定?怎么确定?何谓磁力矩?和何谓磁力矩?和力矩力矩的关系的关系磁介质效应如何?需要理解磁介质效应如何?需要理解H、B关系关系磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量1 质谱仪质谱仪7072 73 74 76锗的质谱锗的质谱.+-速度选择器速度选择器照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示意图应用、带电粒子在电场和磁场中运动举例应用、带电粒子在电场和磁场中运动举例磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量2 回旋加速器回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台
2、回旋加速器的年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室型室. 此加速器可将质子和氘核加速到此加速器可将质子和氘核加速到1 MeV的能量,的能量,为此为此1939年劳伦斯获诺贝尔物理学奖年劳伦斯获诺贝尔物理学奖.磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量频率与半径无关频率与半径无关到半圆盒边缘时到半圆盒边缘时回旋加速器原理图回旋加速器原理图NSBON磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量 我国于我国于1994年建成的第年建成的第一台强流质一台强流质子加速器子加速器 ,可产生数十可产生数十种中短寿命种中短寿命放射性同位放射性同位素素 .磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量五五、 霍耳效应霍耳效
3、应磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量霍耳霍耳系数系数I霍耳电压霍耳电压+ + + + + - - - - -磁场磁场3 L3 L力力& &磁通量磁通量I+ + +- - -P 型半导体型半导体+-霍耳效应的应用霍耳效应的应用(2)测量磁场测量磁场霍耳电压霍耳电压(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3 L3 L力力& &磁通量磁通量 量子霍尔效应量子霍尔效应(1980年)年) 霍耳电阻霍耳电阻磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版点电荷在磁场中的力点电荷在磁场中的力Lorentz力力如果电荷多了呢?
4、如果电荷多了呢?导体电流导体电流此时电流此时电流(导体导体)受力如何求解?受力如何求解?问题问题磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版S洛伦兹力洛伦兹力 安培力安培力电量电量QqsindmBQFv=磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 有限长载流导线所受的安培力有限长载流导线所受的安培力磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 例例 如图一通有电流如图一通有电流 的闭合回路放的闭合回路放在磁感应强度为在磁感应强度为 的均匀磁场中,回路平的均匀磁场中,回路平面与磁感强度面与磁感强度 垂直垂直 . 回路由回路
5、由直导线直导线 AB 和半径为和半径为 的圆弧导线的圆弧导线 BCA 组成组成 ,电流为顺时针方向,电流为顺时针方向,求磁场作用于闭合求磁场作用于闭合导线的力导线的力.ABCor磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版根据对称性分析根据对称性分析解解ABCor磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版由于由于因因故故ABCor磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版解解 取一段电流元取一段电流元 例例 求如图不规求如图不规则的平面载流导线在则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力,均匀磁场中所受的力,已知已知 和和
6、.PL磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 结论结论 任意平面载流导线在任意平面载流导线在均匀磁场均匀磁场中所受的力,与其始点和终点相同的载流中所受的力,与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同直导线所受的磁场力相同.PL磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 例例 半径为半径为 载有电流载有电流 的导体圆的导体圆环与电流为环与电流为 的长直导线的长直导线 放在同一平放在同一平面内(如图),直导面内(如图),直导线与圆心相距为线与圆心相距为 d ,且且 R d 两者间绝缘两者间绝缘 , 求求 作用在圆电流上的作用在圆电流上的磁
7、场力磁场力.OdR磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版解解OdR.磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版OdR.磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版OdR.磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版处于匀强磁场中的环形电路受力情况处于匀强磁场中的环形电路受力情况MNOPI如图如图 均匀均匀磁场中有一矩形载流线圈磁场中有一矩形载流线圈MNOP第二个问题磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版MNOPI该线圈平衡吗?磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介
8、质磁介质物理学物理学第五版第五版线圈有线圈有N匝时匝时 M,N O,PMNOPI磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版IB. . . . . . . . . . . . . . . . .IB BI稳定平衡稳定平衡不不稳定平衡稳定平衡讨讨 论论(1) 与与 同向同向 (2)方向相反方向相反 (3)方向垂直方向垂直力矩最大力矩最大磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 结论结论: 均匀均匀磁场中,任意形状磁场中,任意形状刚刚性闭性闭合合平面平面通电线圈所受的力和力矩为通电线圈所受的力和力矩为0pqq=稳定稳定平衡平衡非稳定非稳定平衡平衡
9、与与 成成右右螺旋螺旋 磁矩磁矩磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 例例4 如图半径为如图半径为0.20 m,电流为,电流为20 A,可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中中 ,磁感应强度,磁感应强度的大小为的大小为0.08 T,方向,方向沿沿 x 轴正向轴正向.问问线圈受力情况怎样?线圈受力情况怎样?线圈所受的磁力矩又线圈所受的磁力矩又为多少?为多少?IRQJKPo磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版解解 (方法一)(方法一)把线圈分为把线圈分为JQP和和PKJ两部分两部分 IRQJKPO以
10、以 为轴,为轴, 所受磁力矩大小所受磁力矩大小磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版IRQJKPO磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版IRQJKPO(方法二)(方法二)磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版磁力矩:磁力矩: 仅仅是等效结果仅仅是等效结果如果磁场非匀强磁场,具体分析如果磁场非匀强磁场,具体分析磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版磁铁的磁性如何产生?磁铁的磁性如何产生?磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版一一 磁介质磁介质 磁化
11、强度磁化强度介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度1 磁介质磁介质铁铁磁质磁质(铁、钴、镍等)(铁、钴、镍等)顺磁质顺磁质 抗抗磁质磁质(铝、氧、锰等)(铝、氧、锰等)(铜、铋、氢等)(铜、铋、氢等)弱磁质弱磁质磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化有外磁场有外磁场顺顺磁质内磁场磁质内磁场2 顺磁质和抗磁质的磁化顺磁质和抗磁质的磁化磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版
12、无外磁场时抗磁质分子磁矩为零无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗抗磁质内磁场磁质内磁场 同同向时向时 反反向时向时抗抗磁磁质质的的磁磁化化磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版3 磁化强度磁化强度分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元单位单位: 意义意义 磁介质中单位体积内分子磁介质中单位体积内分子的合磁矩的合磁矩.磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版分子磁矩分子磁矩(单位体积分子磁矩数)(单位体积分子磁矩数)二二 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理C磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版传
13、导电流传导电流分布电流分布电流+ADBC磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版各向同性各向同性磁介质磁介质(磁化率)(磁化率)磁场强度磁场强度 磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理 磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 各向同性各向同性磁介质磁介质相对相对磁导率磁导率磁磁 导导 率率顺磁质顺磁质(非常数)(非常数)抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质为什么介电常数为什么介电常数 ?磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限无限长长”同轴圆筒形导体,在它
14、们之间充以相对磁同轴圆筒形导体,在它们之间充以相对磁导率为导率为 的磁介质的磁介质.当两圆筒当两圆筒通有相反方向的电流通有相反方向的电流 时,时,试试 求求(1)磁介质中任意点磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小的磁感应强度的大小; (2)圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 的磁感强度的磁感强度.II磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版解解II同理可求同理可求磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版1 磁畴磁畴无无外外磁磁场场有有外外磁磁场场三三 铁磁质铁磁质磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版2 磁化曲
15、线磁化曲线 磁滞回线磁滞回线400 600 800 1 000H/(Am-1)1510 5B/10-4TB=f (H)顺磁质的顺磁质的B-H曲线曲线0磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版矫顽力矫顽力 当外磁场由当外磁场由 逐渐减小时,这种逐渐减小时,这种 B的变化落后于的变化落后于H的变的变化的现象,叫做化的现象,叫做磁滞磁滞现象现象 ,简称,简称磁滞磁滞. 由于磁滞,由于磁滞, 时,时,磁感强度磁感强度 , 叫做剩余磁感强叫做剩余磁感强度度( (剩磁剩磁) ).O磁滞回线磁滞回线磁铁的由来磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版3 铁磁性材料铁磁性材料O软软磁材料磁材料O硬硬磁材料磁材料不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.O矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料磁场四磁场四 安培力安培力& &磁介质磁介质物理学物理学第五版第五版4 磁屏蔽磁屏蔽 把磁导率不把磁导率不同的两种磁介质同的两种磁介质放到磁场中,在放到磁场中,在它们的交界面上它们的交界面上磁场要发生突变,磁场要发生突变,引起了磁感应线引起了磁感应线的折射的折射.磁屏蔽示意图磁屏蔽示意图