磁場與電流相互作用

1、磁場對電流的作用NSIIaction of magnetic field on the current Chapter 10磁場對電流的作用第十章1本章內(nèi)容本章內(nèi)容Contentschapter 10磁場對電流元的作用action of magnetic field on the current element磁場對截流線圈的作用action of magnetic field with current loop洛倫茲力與霍耳效應(yīng)Lorenz force and Hall effect帶電粒子在電場和磁場中的運動movement of charged particle in electrica

2、nd magnetic field2第一節(jié)ssss10.1磁場對電流元的作用action of magnetic fieldon the current element3安培定律磁場對電流元的作用安培定律電流元Ild在磁場 中B（安培力）受的作用力Fd大小sinqBIldFd矢量式FdIldB長度為 的載流導(dǎo)線在磁場中受的安培力ldFlFlIldB若載流導(dǎo)線各電流元受力同向，合力大小Fl0sinqBIldBqldIFd4例一例求下圖載流直導(dǎo)線所受的安培力lBIq均勻磁場F解法提要dFlFl0sinqBIldl0sinqBIldsinqlBI方向當(dāng) 或 時，q0p當(dāng) 時，2pqF0F極大，F(xiàn)ma

3、xlBI5例二RBI勻強IO例求下圖半圓電流所受的安培力YXadaldXFdFdyFd解法提要dFsinqBIld任一電流元均與正交Bqp2dFBIldXFddFcosasinadFFdyldRdaXFlXFddFcosaBIldcosa0RdaBIcosa0p0FyldFBIld0daRBI0pFdysinasinasina2RBIF方向沿Y軸正向2RBI故，合力Fy6載流導(dǎo)線間的作用載流導(dǎo)線間的相互作用7續(xù)5（動）II載流導(dǎo)線間的相互作用8續(xù)6（動）II載流導(dǎo)線間的相互作用9兩無限長直電流作用IBFdFdaldldBIB=pmO2IaFd=IldB無限長載流直導(dǎo)線Fdld=pmO2Ia21

4、m1A1A令4mO=107pA2可導(dǎo)出mONNm1072=Fdld110第二節(jié)ssss10.2磁場對截流線圈的作用action of magnetic field with current loop11磁場對載流線圈作用磁場對載流線圈的作用nBnInInInI12續(xù)9abFcdFIl1BFadFbcI2lBsinp2IB2lsinp2Il1B載流線圈受磁力矩MFbcl1BsinqIB2ll1sinqIssinqMPmB或其中載流線圈的磁矩PmIsn側(cè)視圖nabcdabFcdFFbcFadBIaqIIIl12l俯視圖cdFadFbcBaqaqnd載流線圈的單位法線13穩(wěn)定、非穩(wěn)定平衡M外2q01

5、M外M磁nBcd非穩(wěn)定平衡nB與反向M磁nB與同向Bncd穩(wěn)定平衡14例三例求下圖載流線圈所受的安培力及對Y軸的磁力矩解法提要dFBIldsinaFdFIRBsinada0p2ldRdaIRB0p2sinada0BIXRaxodaFdBYdlIa勻強MIBssinq載流線圈法線 與 正交nBqp2，線圈面積spR2得載流線圈所受磁力矩MIBpR215磁力的功BFIabcdIIl磁力的功磁力 的功FA=FaaIaalBIBrs=rFIabIF16磁力矩的功rF-末B通量初B通量FabcdFabcd)IabcdabcdnnMBIIIIn磁力矩 的功MA=IrF產(chǎn)生一角位移M載流線圈受磁力矩 作用1

6、7第三節(jié)ssss10.3洛倫茲力與霍耳效應(yīng)Lorenz force and Hall effect18洛侖茲力洛侖茲力=FBvqqsinBvF=q大小+qqFvBvFBFvBBFvFvBFBvBvBvFvqBFvBq19電場中的載流子正 負(fù)載流子在電場作用下的運動方向+-IIv+v20霍耳效應(yīng)霍耳效應(yīng)+-II+vF0+霍耳電壓+-B21續(xù)17+-II0+霍耳電壓+-B+-IIFB0+霍耳電壓+-v霍耳效應(yīng)-+Fv22霍耳效應(yīng)測磁場利用霍耳效應(yīng)測恒定磁場BV霍耳元件探頭保護(hù)罩23測載流子密度霍耳電壓RHIB1V2VdRH霍耳系數(shù)nq1p型半導(dǎo)體(空穴導(dǎo)電)型半導(dǎo)體(電子導(dǎo)電)n0RHRH0載流子

7、數(shù)密度n+-IB+霍耳效應(yīng)I0+霍耳電壓+-IIBF0+霍耳電壓v+-+-+Fvddnnqq1V2V011221V2V024周期BFFvv+qqmmBvF=q洛侖茲力Rmv2=向心力2pB=qm周期T=2pRvB=qRmv半徑半徑與周期25質(zhì)譜儀B質(zhì)譜儀原理+離子源v+質(zhì)譜儀原理B=qRmv半徑Bvq若為常量Rm8+26偏轉(zhuǎn)+運動帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)+v偏轉(zhuǎn)B27螺線BBv+v28續(xù)24+vvvBqBvvqv帶電粒子在磁場中的螺旋運動29螺距+vvvBqh螺距hB=mcosq2pvT=vqRqmvRsin半徑=v=mmBqqBq30例四BqlL1yYX2yq=RqmvB+vqy=?tgq=l

8、R22l+y=1y2y=RR22lLtgq+31磁約束BFIIvBBFF+磁約束(磁鏡效應(yīng))磁約束F32磁流體發(fā)電負(fù)載+-+-+BEk2AE1Ad建立電動勢的非靜電力為洛侖茲力=FBqv非靜電力場Ek=Fq=Bv電動勢e=Ekd=Bvd磁流體發(fā)電原理33AMS磁譜儀a 用 磁譜儀(AMS)探測反氦核+中子質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反中子nn反氦核nn氦核+nn34續(xù)32nn+nn+B質(zhì)子反質(zhì)子電子反電子反氦核氦核+nn+nna 用 磁譜儀(AMS)探測反氦核同上同上35續(xù)33+nn+nna 用 磁譜儀(AMS)探測反氦核同上nn+nn+B俯視B永磁體閃爍體(記錄粒子進(jìn)出狀況)六層硅探測器(記錄粒子電量,速度,軌跡等)反氦核(產(chǎn)生磁場 )B36第四節(jié)ssss10.4帶電粒子在電場和磁場中的運動movement of charged particle in electricand magnetic