磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用

關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體的作用第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日電流強(qiáng)度的單位“安培”的定義

一恒定電流，若保持在處于真空中相距1m的兩無(wú)限長(zhǎng)、而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則在此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長(zhǎng)度上等于210－7N，則導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度定義為1A（p117）與P91的定義等價(jià)，但注意兩個(gè)定義表述上的區(qū)別

第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日例如圖所示，一根彎曲的剛性導(dǎo)線載有電流，導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的均勻磁場(chǎng)中，的方向垂直紙面向外，設(shè)部分是半徑為的半圓，．求該導(dǎo)線所受的合力．

第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日解根據(jù)安培定理，、兩段所受安培力的大小為

，方向都向下．

在段上任取一電流元，它所受安培力的大小為．

第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日的方向向下．

第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日5.3矩形載流線圈在均勻磁場(chǎng)中所受力矩在均勻磁場(chǎng)中剛性矩形線圈——不發(fā)生形變；合力=0，合力矩＝？

磁矩m第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日5.4載流線圈的磁矩在均勻磁場(chǎng)中任意形狀線圈將線圈分割成若干個(gè)小窄條小線圈所受力矩dL

總力矩若線圈平面與磁場(chǎng)成任意角度，則可將B分解成第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)論：

線圈的磁矩所受的力矩

磁矩的方向第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日5.5磁偶極子與載流線圈的等價(jià)性(略)5.6直流電動(dòng)機(jī)的原理(略)5.7電流計(jì)線圈所受磁偏轉(zhuǎn)力矩(略)第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日§6帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)證明：運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力

洛侖茲力做功嗎？洛侖茲力與安培力的關(guān)系？6.1洛侖茲力例:P125第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日6.2洛侖茲力與安培力的關(guān)系

電子數(shù)密度為n，漂移速度udl內(nèi)總電子數(shù)為N=nSdl，每個(gè)電子受洛侖茲力fN個(gè)電子所受合力總和是安培力嗎?

洛倫茲力f作用在金屬內(nèi)的電子上安培力作用在導(dǎo)體金屬上作用在不同的對(duì)象上自由電子受力后，不會(huì)越出金屬導(dǎo)線，而是將獲得的沖量傳遞給金屬晶格骨架，使骨架受到力

第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日證明：骨架受到的沖力電子受洛侖茲力的合力先說(shuō)明導(dǎo)線中自由電子與宏觀電流I的關(guān)系自由電子做定向運(yùn)動(dòng)，漂移速度u，電子數(shù)密度為n電流強(qiáng)度I：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的電量則在t時(shí)間內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)體內(nèi)任一面元S遷移的電量為電流j電流密度第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日N個(gè)電子所受合力總和大小I傳遞機(jī)制可以有多種，但最終達(dá)到穩(wěn)恒狀態(tài)時(shí)，如圖導(dǎo)體內(nèi)將建立起一個(gè)大小相等方向相反的橫向電場(chǎng)E（霍爾場(chǎng)）電子受力：洛倫茲力f

，

E的作用力f'帶正電的晶格在電場(chǎng)中受到f"

f"——與電子所受洛倫茲力f方向相同

安培力是晶格所帶電荷受力f"的總和

結(jié)論：安培力是電子所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

(問(wèn)題：這一過(guò)程是否與洛侖茲力不作功相矛盾？)第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日洛侖茲力

2.時(shí)1.時(shí)帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)

第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日

回旋周期或回旋頻率與帶電粒子的速率及回旋半徑無(wú)關(guān)．第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日3.螺旋線的半徑分解為和第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日回旋周期

螺距

從磁場(chǎng)中某點(diǎn)發(fā)射一束很窄的帶電粒子流，它們的速率都很相近，且與的夾角都很小，盡管會(huì)使各個(gè)粒子沿不同半徑的螺旋線運(yùn)動(dòng)，但是卻近似相等，因此的螺距也近似相等，所以各個(gè)粒子經(jīng)過(guò)距離后又會(huì)重新會(huì)聚在一起，稱(chēng)之為磁聚焦．

第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日螺距第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日荷質(zhì)比的測(cè)定:湯姆孫法測(cè)荷質(zhì)比磁聚焦法測(cè)荷質(zhì)比第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日交變電場(chǎng)的周期離子的最終速率離子的動(dòng)能回旋加速器:回旋加速器的基本原理就是利用回旋頻率與粒子速度無(wú)關(guān)的性質(zhì)回旋半徑第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日霍耳效應(yīng)原理：帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)樣品：導(dǎo)體或半導(dǎo)體長(zhǎng)方形樣品

載流子：帶正電如圖a

載流子：帶負(fù)電如圖b實(shí)驗(yàn)表明：Hall系數(shù)

EE第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日Hall系數(shù)

帶電粒子受力平衡時(shí)K取決于載流子濃度和帶電的正、負(fù)，可正、可負(fù)，第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日霍爾效應(yīng)的應(yīng)用霍耳系數(shù)K與導(dǎo)體中的載梳子濃度n成反比金屬導(dǎo)體的載流子濃度n大——K和UH

小半導(dǎo)體的載流子濃度n小——K和UH

大判定半導(dǎo)體的導(dǎo)電類(lèi)型、測(cè)定載流子濃度利用半導(dǎo)體材料制成霍耳元件得到廣泛的應(yīng)用霍耳元件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢靠、使用方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以它在實(shí)際中將得到越來(lái)越普遍的應(yīng)用。測(cè)量磁場(chǎng)（恒定、非恒定）測(cè)量直流或交流電路中的電流強(qiáng)度和功率轉(zhuǎn)換信號(hào)，如把直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流并對(duì)它進(jìn)行調(diào)制；放大直流或交流信號(hào)等第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)如圖正帶電粒子處于磁感應(yīng)線所在位置，vB

；此時(shí)，粒子受洛侖茲力FB，F(xiàn)=F||+FF提供向心力，F(xiàn)||指向磁場(chǎng)減弱的方向粒子也將作螺旋運(yùn)動(dòng)，但并非等螺距，回旋半徑也會(huì)改變回旋半徑因磁場(chǎng)增強(qiáng)而減小，同時(shí)，還受到指向磁場(chǎng)減弱方向的作用力回旋半徑因磁場(chǎng)減弱而增大，同時(shí)，還受到指向磁場(chǎng)減弱方向的作用力vB第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日應(yīng)用舉例磁鏡

粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)受到指向弱磁場(chǎng)方向大力，向弱磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)——“反射”到中央，被約束在兩鏡之間洛侖茲力不做功，W也不變受指向弱磁場(chǎng)方向的力可以證明:在梯度不太大的非均勻磁場(chǎng)中,帶電粒子的磁矩M是個(gè)不變量.第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日地磁場(chǎng)——天然的磁鏡捕集器范.阿倫輻射帶——由地磁場(chǎng)所俘獲的帶電粒子（絕大部分為質(zhì)子核電子）組成第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，2022年，8月28日等離子體磁約束

等離子體：部分或完全電離的氣體。

特點(diǎn)：由大量自由電子和正離子及中性原子、分子組成，宏觀上近似中性，即所含正負(fù)電荷數(shù)處處相等。

帶電粒