理化生磁場(chǎng)課程講解PPT課件

1、恒定磁場(chǎng)（一種特殊物質(zhì)）知識(shí)結(jié)構(gòu)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)描述相互作用能量真空中的電流基本規(guī)律高斯定理環(huán)流定理恒定磁場(chǎng)的性質(zhì)磁通量磁介質(zhì)第1頁/共105頁9.1 磁場(chǎng)力和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)力和磁感應(yīng)強(qiáng)度電流1. 電流、電流密度（1）電流的定義：自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流（2）電流的方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向（3）電流的大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量，既單位時(shí)間內(nèi)電荷對(duì)截面積的通量SdtdqtqIt0lim（4）穩(wěn)恒電流：電流的大小和方向都不變的電流第2頁/共105頁（5）電流密度：描述電流空間分布的物理量dSnndSdIj空間某點(diǎn)電流密度的大小為：通過該點(diǎn)單位垂直截面上的電流空間某點(diǎn)電流密度的方向?yàn)椋涸擖c(diǎn)電流

2、的方向（6）通過空間某曲面的電流dSnSj通過 dS 面的電流SdjdIndSSd通過 S 面的電流SSdjI（7）電流線：描繪電流場(chǎng)（類似電力線）第3頁/共105頁2. 電流連續(xù)性方程 導(dǎo)體中一閉合面 S ，t 時(shí)刻有電荷 qS 單位時(shí)間內(nèi)流出的電流等于單位時(shí)間內(nèi)電荷減少量SSdjI出dtdqI出VedVqVeSdVdtdSdj電流連續(xù)性方程3. 穩(wěn)恒電流條件0dtdq0SSdj穩(wěn)恒電流條件：任意時(shí)刻流出導(dǎo)體任意閉合曲面的電流等于流入該曲面的電流第4頁/共105頁一. 磁力與磁場(chǎng)磁體磁體電流電流安培提出:一切磁現(xiàn)象起源于電荷運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷磁場(chǎng)磁場(chǎng)的性質(zhì)(1) 對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(或電流)有力的

3、作用;(2) 磁場(chǎng)有能量第5頁/共105頁二. 磁感應(yīng)強(qiáng)度在閉合回路中取電流元lIdlId電流元在磁場(chǎng)中的受力特點(diǎn):(1) 電流元在磁場(chǎng)中的方向不同電流元在磁場(chǎng)中的方向不同,受力也不同受力也不同;存在一個(gè)方向使0dFlId0dF定義lIFBddmaxB(2) 當(dāng)電流元的取向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的當(dāng)電流元的取向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)方向垂直時(shí),受到的磁場(chǎng)力最大受到的磁場(chǎng)力最大;磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小定義該方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的方向BlIdmaxddFF 第6頁/共105頁滿足 maxdFlIdBmaxdFBlIF dd（3）磁場(chǎng)力的方向與電流元和磁感應(yīng)強(qiáng)度B安培力公式lId右手螺旋關(guān)系第7頁/共105頁利用運(yùn)動(dòng)

4、電荷在磁場(chǎng)中受力情況來測(cè)量磁場(chǎng)(1) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，存在一個(gè)方向使0F定義qFBmax(2) 磁感應(yīng)強(qiáng)度的的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的的大小磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小定義該方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度的方向當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷電量、速度一定時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直時(shí)，受到的磁場(chǎng)力最大maxF磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位：T（1T=10000Gs）Fq第8頁/共105頁的關(guān)系 FBqF（3）磁場(chǎng)力與磁感應(yīng)強(qiáng)度B洛侖茲力公式B的方向洛侖茲力的大小sinBqF BFq0洛侖茲力的方向注意電荷為負(fù)時(shí)，力的方向取逆方向第9頁/共105頁第10頁/共105頁二. .填空題: :1.如圖所示，一等邊

5、三角形邊長(zhǎng)為a，三個(gè)頂點(diǎn)上分別放置著電量為q,2q,3q的三個(gè)正點(diǎn)電荷。設(shè)無窮遠(yuǎn)處為電勢(shì)零點(diǎn)，則三角形中心處O的電勢(shì)aq3q2qOrrqu0O46aa/r336cos2a2330Oqu 第11頁/共105頁3 把一個(gè)均勻帶電量為 +Q 的球形肥皂泡由半徑 r1 吹到半徑 r2 ，則半徑為 R ( r1 R 0，否則 I 0 0IL4. 多電流情況 21I ,I 在環(huán)路 L 中 在環(huán)路 L 外 環(huán)路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為所有電流的貢獻(xiàn)環(huán)路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)為所有電流的貢獻(xiàn)但外部電流對(duì)磁但外部電流對(duì)磁環(huán)流環(huán)流無貢獻(xiàn)無貢獻(xiàn)磁場(chǎng)的環(huán)流與環(huán)路中所包圍的電流有關(guān)，與環(huán)路外的電流無關(guān)，與環(huán)路的形狀無關(guān)。上式具有普適性，對(duì)

6、任何磁場(chǎng)都成立。L1I2IP3I4I43I ,I第45頁/共105頁LilBd010kiiI 安培環(huán)路定律 恒定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿一閉合路徑 L 的線積分等于路徑 L 包圍的電流強(qiáng)度的代數(shù)和的 0 倍內(nèi)IlBL0d LiLlBlBdd則磁場(chǎng)環(huán)流為 包圍的電流包圍的電流第46頁/共105頁(1) 積分回路方向與電流方向呈右螺旋關(guān)系積分回路方向與電流方向呈右螺旋關(guān)系滿足右螺旋關(guān)系時(shí)滿足右螺旋關(guān)系時(shí) 0iI反之反之 0iI(2) 磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)磁場(chǎng)是有旋場(chǎng) 電流是磁場(chǎng)渦旋的軸心電流是磁場(chǎng)渦旋的軸心 (3) 安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導(dǎo)線，對(duì)于任意設(shè)安培環(huán)路定理只適用于閉合的載流導(dǎo)線，對(duì)于任

7、意設(shè)想的一段載流導(dǎo)線不成立想的一段載流導(dǎo)線不成立LlBdLlaIdcoscos4210圖中載流直導(dǎo)線, 設(shè) 4/21aaI222240220II0例討論則 L L 的環(huán)流為: :aIL12第47頁/共105頁例 求無限長(zhǎng)圓柱面電流的磁場(chǎng)分布。 RIrPL解 系統(tǒng)有軸對(duì)稱性，圓周上各點(diǎn)的 B 相同時(shí)過圓柱面外P 點(diǎn)做一圓周Rr LlBdcosLlB drB 2I0rIB20LlBdcosLlB drB 2Rr 時(shí)在圓柱面內(nèi)做一圓周00B切線方向二. 安培環(huán)路定理的應(yīng)用 第48頁/共105頁無限長(zhǎng)圓柱體載流直導(dǎo)線的磁場(chǎng)分布 Rr 區(qū)域：rIB20區(qū)域：Rr rB 220rj2RIj202 RIrB

8、推廣RI第49頁/共105頁例將半徑為 R 的無限長(zhǎng)導(dǎo)體薄壁管（厚度忽略）沿軸向割去一寬度為h（ hb，這兩個(gè)圓柱面帶有等值異號(hào)電荷 Q，兩圓柱面間充滿介電常數(shù)為的電介質(zhì)。求：. 在一個(gè)半徑為 r ( a r b ) 厚度 dr 為的圓柱殼中任一點(diǎn)的能量密度 w 是多少？. 這柱殼中的能量 dW 是多少？. 電介質(zhì)中總能量 W 是多少？. 從電介質(zhì)總能量求圓柱形電容器的電容 C。 abrdrL主要問題介電常數(shù)！主要問題介電常數(shù)！r0第57頁/共105頁上堂課講授的主要內(nèi)容N 匝線圈的磁矩nNISpm載流螺線管軸線上的磁場(chǎng) 1202coscosnIB無限長(zhǎng)載流螺線管無限長(zhǎng)載流螺線管nIB0運(yùn)動(dòng)電

9、荷的磁場(chǎng) 2004ddrrqNBBv第58頁/共105頁磁力線(1) 方向(2) 大小(3) 無頭無尾的閉合曲線(4) 與電流相互套連，服從右手螺旋定則(5) 磁力線不相交磁通量SBdmd磁場(chǎng)的高斯定理0dSmSB第59頁/共105頁安培環(huán)路定律 內(nèi)IlBL0d 第60頁/共105頁roIN例 求螺繞環(huán)電流的磁場(chǎng)分布及螺繞環(huán)內(nèi)的磁通量 解 h1R2RSrd在螺繞環(huán)內(nèi)部做一個(gè)環(huán)路，可得LlBdcosLlB drB2NI0rNIB2/0 若螺繞環(huán)的截面很小，rr IrNB20內(nèi)nI0若在外部再做一個(gè)環(huán)路，可得 0iI0外B螺繞環(huán)內(nèi)的磁通量為21dRRmSBrhrNIRRd2210120ln2RRh

10、NI第61頁/共105頁例 求無限大平面電流的磁場(chǎng) 解 面對(duì)稱 iBBPabcddacdbcablBlBlBlBlBddddddcbalBlBddBab2abi02/0iB推廣：有厚度的無限大平面電流 2/0jdBjxB0 在外部 在內(nèi)部 jdx第62頁/共105頁第63頁/共105頁一. .選擇題: :2 如圖所示：邊長(zhǎng)為 a 的正方形四個(gè)角上固定有四個(gè)電量均為 q 的點(diǎn)電荷。此正方形以角速度繞 ac 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在中心 O 點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B1；此正方形同樣以角速度繞過 O 點(diǎn)垂直于正方形平面的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，在中心 O 點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，則 B1與 B2 間的關(guān)系 acaO

11、2221qqI由由 I1 B1 （注意半徑的值）（注意半徑的值）2442qqI由由 I2 B2 （注意半徑的值）（注意半徑的值）第64頁/共105頁3 有一無限長(zhǎng)通電流的扁平銅片，寬度為 a，厚度不計(jì)。電流 I 在銅片上均勻分布，在銅片外與銅片共面，離銅片右邊緣為 b 處的 p 點(diǎn)（如圖）的 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 的 大 小 為 xbaxdxdx中電流中電流 dBBdxaIdI dx產(chǎn)生的產(chǎn)生的 dB = ? 無限長(zhǎng)直電流無限長(zhǎng)直電流第65頁/共105頁4. 在半徑為 R 的長(zhǎng)直金屬圓柱體內(nèi)部挖去一個(gè)半徑為 r 的長(zhǎng)直圓柱體,兩圓柱體軸線平行，其間距為a, 如圖.今在此導(dǎo)體上通以電流 I ，電流

12、在截面上均勻分布，則空心部分軸線上o點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大小為 IORaOr設(shè)空?qǐng)A柱體內(nèi)有相同電流密度、設(shè)空?qǐng)A柱體內(nèi)有相同電流密度、方向相反的一對(duì)電流方向相反的一對(duì)電流 I 、-I 原模型和原模型和 I 形成閉合無限長(zhǎng)圓形成閉合無限長(zhǎng)圓柱體產(chǎn)生柱體產(chǎn)生1B-I 產(chǎn)生產(chǎn)生2B21BBB注意：電流密度注意：電流密度?SSIj第66頁/共105頁三、計(jì)算題： 1 有一條載有電流 I 的導(dǎo)線彎成如圖示 abcda 形狀,其中 ab、cd 是直線段，其余為圓弧。兩段圓弧的長(zhǎng)度和半徑分別為 l1 、R1和 l2 、R2,且兩段圓弧共心。求圓心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。1110122RlRIBl1 產(chǎn)生的（圓?。?/p>

13、產(chǎn)生的（圓弧）（方向？）（方向？）l2 類似（方向？）類似（方向？）ab 產(chǎn)生的（有限直線）產(chǎn)生的（有限直線）)cos(cos42103aIB?21a（方向？）（方向？）cd 類似類似4321BBBBBa第67頁/共105頁2 用兩根彼此平行的半無限長(zhǎng)直導(dǎo)線L1、L2 把半徑為 R 的均勻?qū)w圓環(huán)聯(lián)到電源上，如圖所示。已知直導(dǎo)線上的電流為 I。求圓環(huán) 中 心 O 點(diǎn) 的 磁 感 應(yīng) 強(qiáng) 度 I1I2L1 產(chǎn)生的（過圓心的直電流）產(chǎn)生的（過圓心的直電流）?1BL2 產(chǎn)生的（直電流）產(chǎn)生的（直電流）?2BI1 、 I2 大小之比？弧長(zhǎng)之比？方向如何？大小之比？弧長(zhǎng)之比？方向如何？I1 、 I2 產(chǎn)

14、生的產(chǎn)生的?43 BBROabIIL1L2第68頁/共105頁載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流有作用一. .磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用大小：方向：sinddlBIF 由右手螺旋法則確定BlIFFdd9.5 9.5 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用BlIF dd安培力lIdBF1 磁場(chǎng)對(duì)電流元的作用力 2 磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力第69頁/共105頁(1) 安培定理是矢量表述式安培定理是矢量表述式zyxFFFFd,d,dd(2) 若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)場(chǎng)若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)場(chǎng) BlIFd（3）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電流受力）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電流受力BlIFd0載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 BLIF力的大小力的大小 sinILBF

15、 當(dāng)載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)當(dāng)載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且垂直磁場(chǎng)時(shí)中，且垂直磁場(chǎng)時(shí) )2( ILBF討論第70頁/共105頁xyOAILB此段載流導(dǎo)線受的磁力。此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元在電流上任取電流元lId)()(ddkBjdyidxIBlIFlIdFdiIBdyjIBdxFdjIBLF例 在均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為 I I求解相當(dāng)于載流直導(dǎo)線相當(dāng)于載流直導(dǎo)線F在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受的力，方向沿在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受的力，方向沿 y y 向。向。OA000dFIBdyiIBdxjFLz第71頁/共105頁例 求兩平行無限長(zhǎng)直導(dǎo)線之間的相互作用力a2I1I1B12f解 aIB21

16、01電流 2 處于電流 1 的磁場(chǎng)中1212BIf同時(shí)，電流 1 處于電流 2 的磁場(chǎng)中，aIIBIf2210212121faII2210電流 2 中單位長(zhǎng)度上受的安培力電流 1 中單位長(zhǎng)度上受的安培力第72頁/共105頁(1) 定義定義: : 真空中通有同值電流的兩無限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線，真空中通有同值電流的兩無限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線，若相距若相距 1 1 米米，單位長(zhǎng)度受力，單位長(zhǎng)度受力(2) 電流之間的磁力符合牛頓第三定律：電流之間的磁力符合牛頓第三定律：N10271221ff則電流為則電流為1 1 安培安培。(3) 兩電流元之間的相互作用力，一般不遵守牛頓第三兩電流元之間的相互作用力，一般不遵守牛頓

17、第三定律定律討論第73頁/共105頁例 求一載流導(dǎo)線框在無限長(zhǎng)直導(dǎo)線磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)解 1Iaba2I1234xo121bBIf aIbI2102323bBIf )2102aIbI方向向左方向向左方向向右方向向右aalBIf21222sindxIxIaad222102ln2210II24ff 整個(gè)線圈所受的合力：4321ffffF31ff 線圈向左做平動(dòng)31ff1324第74頁/共105頁二. .磁場(chǎng)對(duì)平面載流線圈的作用B1l2lDAFBCFDCBAIcos1BIlFFBCDA（方向相反在同一直線上）（方向相反在同一直線上）2BIlFFABCD0iF（線圈無平動(dòng)）（線圈無平動(dòng)）（2）力矩

18、分析sin2sin211lFlFMCDABsinsin21SBIBIl l1. 在均勻磁場(chǎng)中的剛性矩形載流線圈n（方向相反方向相反不在一條直線上）不在一條直線上）CDFABFB+ +nA(B)D(C)（1）受力分析BLIF第75頁/共105頁nl lnSS21BpMmSInISpm令2. 磁矩mp與 I I 成右手定則n對(duì)于 N N 匝線圈SNIpm3. 力矩與磁矩的關(guān)系N N 匝線圈的力矩sinNSBIM N N 匝線圈的力矩的矢量式BSNIM力矩與磁矩的關(guān)系普適討論(1)2nBNSBIMmax(2)B0minM0n(3)B0minMn穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)第76頁/共105頁上堂課講授的主要內(nèi)容BlI

19、FFddBlIF dd安培力磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力BpMm力矩與磁矩的關(guān)系第77頁/共105頁三 磁場(chǎng)力的功1 安培力對(duì)運(yùn)動(dòng)載流導(dǎo)線的功IldxFBIlBF IBdSIlBdxxdFAd力的大小dt 時(shí)段內(nèi)力作的微功有限時(shí)段內(nèi)力作的功mIdAdA若電流不變mmIdIA由于磁場(chǎng)是非保守力場(chǎng)，磁力作功不等于磁場(chǎng)能量的減少量mIdAd第78頁/共105頁2 磁力矩對(duì)載流線圈的功dsinddBISMA)cosd(BSImmmmIIIAmm)(d1221負(fù)號(hào)表示力矩作負(fù)號(hào)表示力矩作正功時(shí)正功時(shí) 減小減小非均勻磁場(chǎng)中的平面電流環(huán)非均勻磁場(chǎng)中的平面電流環(huán)0iF線圈有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)線圈有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)0MCDFABF

20、B+ +nA(B)D(C)mIdAd若電流不變第79頁/共105頁（1）對(duì)）對(duì) Y 軸的力矩軸的力矩YB例求解有一半徑為有一半徑為 R 的半圓形閉合線圈，電流方向如圖所示，的半圓形閉合線圈，電流方向如圖所示，線圈處于均勻磁場(chǎng)中線圈處于均勻磁場(chǎng)中（2 2）在該力矩作用下，線圈轉(zhuǎn)過）在該力矩作用下，線圈轉(zhuǎn)過 9090 所作的功所作的功XR（1 1）BpMmI磁矩方向?yàn)榱氐拇笮BRISBBpMm221力矩的方向?yàn)?Y Y 方向（2 2）IBRISBIIAmmm212210)(第80頁/共105頁一. .洛倫茲力公式 實(shí)驗(yàn)結(jié)果qBvfsin,vBqf sinBqfv 安培力與洛倫茲力的關(guān)系ldIq

21、sfBqNF vddBqfm vBlIF dBlnsqdvBNqv安培力是大量帶電粒子洛倫茲力的疊加9.6 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)v第81頁/共105頁(1) 洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故討論對(duì)電荷不作功對(duì)電荷不作功f(2) 在一般情況下，空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在在一般情況下，空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在meffFBqEqvtp d/d二. .帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) BvBfqRmBq22sinvvqBmRvqBmRT22vmqBf2 粒子回轉(zhuǎn)周期與頻率情況v第82頁/共105頁 一般情況 B/vvhcos/vv sinvv帶電粒子

22、作螺旋運(yùn)動(dòng)qBmqBmRsinvvqBmThcos2/vv 磁聚焦原理 B粒子粒子源源A Avv /vv 很小時(shí)qBmThvv2/接收接收器器 A A發(fā)散角不太大的帶電粒子束，經(jīng)過一個(gè)周期后，重新會(huì)聚v第83頁/共105頁（1 1）電子將何方向偏轉(zhuǎn)？）電子將何方向偏轉(zhuǎn)？例求解（2 2）電子的加速度）電子的加速度（1 1）由）由0,qBqF磁場(chǎng)方向如圖所示，磁場(chǎng)方向如圖所示，B=5.5B=5.5 1010-5 -5 T T，電子以，電子以 Y Y 方向入射，方向入射，其動(dòng)能為其動(dòng)能為 E EK K=1.2=1.2 10104 4 eVeV（3 3）電子向）電子向 Y Y 方向運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng) 20c

23、m20cm 處，向處，向 X X 方向轉(zhuǎn)移多少？方向轉(zhuǎn)移多少？ YZXROxyB入射時(shí)向 X X 方向偏轉(zhuǎn)（2 2）mEmEKK22122141028. 6msmBemFa（3 3）meBmR72. 6由222)(RyxRmmyRRx98. 222第84頁/共105頁 霍爾效應(yīng)18791879年 霍爾發(fā)現(xiàn)在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板面施加一磁場(chǎng)，則板面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)微弱電勢(shì)差( (霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng))Bqfm v電場(chǎng)力: :洛倫茲力: :實(shí)驗(yàn)結(jié)果dIBKUab受力分析vldIBabqmfEEqfe(方向向下方向向下)(方向向上方向向上)+第85頁/共105頁0)(BqEqv當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：

24、dnqvlnqdIBUabnqK1BEhvlEUhabBlv(霍耳系數(shù)霍耳系數(shù))SnqIv它是研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有效方法它是研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化溫度等變化）討論(1) 通過測(cè)量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度通過測(cè)量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度第86頁/共105頁(2) 區(qū)分半導(dǎo)體材料類型區(qū)分半導(dǎo)體材料類型 霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)B+abbauu ab+bauu 0K0KIIvqN 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體vqB高溫導(dǎo)高溫導(dǎo)電氣體電氣體B沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分造成的沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分造成的能

25、量損耗能量損耗可提高效率可提高效率特點(diǎn)：特點(diǎn)：(3) 磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電第87頁/共105頁一. 磁介質(zhì)及其分類1. 磁介質(zhì) 任何實(shí)物都是磁介質(zhì)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)0BrBB0r 相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率 反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度 0BBB磁介質(zhì)產(chǎn)生“磁化場(chǎng)”B可同向，可反向磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)B0BBr（各向同性介質(zhì)）（各向同性介質(zhì)）BBB09.7 物質(zhì)的磁性物質(zhì)的磁性第88頁/共105頁2. 磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r減弱原場(chǎng)0BB 1r增強(qiáng)原場(chǎng)0BB 如 鋅、銅、水銀、鉛等如 錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非常接近于1鐵磁質(zhì))1010(421r通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁

26、場(chǎng)的性質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)0BBr第89頁/共105頁二. 磁化機(jī)理原子中電子的軌道磁矩1. 安培分子環(huán)流的概念和方法電子的自旋磁矩分子磁矩所有電子磁矩 的 總 和mP抗磁質(zhì)0mP無外場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)0mP無外場(chǎng)作用時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性第90頁/共105頁2. 磁介質(zhì)的磁化 抗磁質(zhì)磁化在外場(chǎng)作用下，每個(gè)分子中的所有電子都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩mP磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相反分子環(huán)流在外場(chǎng)作用下，產(chǎn)生取向轉(zhuǎn)動(dòng)， 磁矩將轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向 宏觀上產(chǎn)生附加 磁 場(chǎng) 與 外 場(chǎng) 方 向 相 同順磁質(zhì)磁化1r0BB 0BBBBB0B0BB 1r第91頁/共105頁三. 有磁介質(zhì)的磁高斯定理0BBB磁介

27、質(zhì)存在時(shí)，磁感應(yīng)線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線(含磁介質(zhì)的磁高斯定理含磁介質(zhì)的磁高斯定理)對(duì)于任意閉合曲面SSSBdSSSBSBdd000dSSB第92頁/共105頁四. 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理1. 束縛電流0B以無限長(zhǎng)螺線管為例順磁質(zhì)0I0ISI在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消形成沿表面流動(dòng)的面電流SI束縛電流結(jié)論：介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生第93頁/共105頁2. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理（各向同性介質(zhì)）（各向同性介質(zhì)）000dIlBL 無磁介質(zhì)時(shí) 加入磁介質(zhì)時(shí)0BBrLrLrIlBIlB0000dd定義磁場(chǎng)強(qiáng)度0dIlHL(磁

28、介質(zhì)的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理)rBH0（各向同性介質(zhì)）（各向同性介質(zhì)）第94頁/共105頁MBH0磁介質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度沿所選閉合路徑的環(huán)流等于閉合積分路徑所包圍的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。對(duì)于各向同性介質(zhì)，在外磁場(chǎng)不太強(qiáng)的情況下對(duì)于各向同性介質(zhì)，在外磁場(chǎng)不太強(qiáng)的情況下HHBr0解題方法：先用安培環(huán)路定理求解題方法：先用安培環(huán)路定理求磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度，后再，后再求磁感應(yīng)強(qiáng)度求磁感應(yīng)強(qiáng)度非各向同性介質(zhì)非各向同性介質(zhì)BH第95頁/共105頁無限長(zhǎng)載流圓柱體，其內(nèi)外相對(duì)磁導(dǎo)率分別為21,rr例求解 在圓柱體內(nèi)區(qū)域中，選環(huán)路 LIrHlHL2d22rIH2/2 磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度RIr2HrIHBrr22022022r1rL根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理 在圓柱體外區(qū)域中，選環(huán)路 L1HLrRLSSIIrHlH內(nèi)2d11根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理212 RIrH21011012 RIrHBrr非非無限長(zhǎng)載流圓柱體如何？無限長(zhǎng)載流圓柱體如何？第96頁/共105頁第97頁/共105頁一. .選擇題: :BnISBpMmm判定大圓在圓心出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和小圓法線方向判定大圓在圓心出磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和小圓法線方向2. 有兩個(gè)同心圓線圈，大圓半徑為 R ，通有電流 I1；小圓半徑為 r ，通有電流 I2 ，方向如圖。若 r R（大線圈在小線圈處產(chǎn)生的磁場(chǎng)近