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11-4 、磁场对载流导线的作用

电流. 电流. 11-4 、磁场对载流导线的作用. 一、安培定律. 一电流元在磁场中受到的安培力为. 一载流导线在磁场中受到的安培力为. 对载流导线积分. 矢量积分. 二、安培定律的应用. dF. （一）直导线在匀强磁场中. z. B. q. L. I. y. . I. x. O. L. A. 在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为 I. 思考. 求. 此段载流导线受的磁力。. 在电流上任取电流元. 解. 相当于载流直导线. 在匀强磁场中受的力，方向沿 y 向。. y. R. I. q. x. B.

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11-4 、磁场对载流导线的作用

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Presentation Transcript

  1. 电流 电流

  2. 11-4、磁场对载流导线的作用 一、安培定律 一电流元在磁场中受到的安培力为 一载流导线在磁场中受到的安培力为

  3. 对载流导线积分 矢量积分

  4. 二、安培定律的应用 dF （一）直导线在匀强磁场中 z B q L I

  5. y  I x O L A 在均匀磁场中放置一任意形状的导线，电流强度为I 思考 求 此段载流导线受的磁力。 在电流上任取电流元 解 相当于载流直导线 在匀强磁场中受的力，方向沿 y 向。

  6. y R I q x B （二）圆弧在均匀磁场中 选电流元 dF=BIdl dq

  7. y dq R I q x B

  8. x dF I1 I2 a b （三）直导线在非均匀磁场 x

  9. I2 R （四）载流圆环在非均匀场中 I1 O

  10. D A q B j l2 C n l1 B 三、磁场对载流线圈的作用 合力效果为零

  11. D A q B j l2 C n l1 B 转动 形成力偶

  12. l1 q B j n

  13. l1 q B j n 讨论 （1）这是一个普适式，适用 于磁场中任何 形状的载流线 圈。

  14. I S （2）载流线圈的磁矩 1、是一个矢量，大小为IS，方向与电流成右手系。 2、是一个电磁学量 3、N匝线圈

  15. d B D dl1 dl2 • A C I1 I2 四、“安培”的定义

  16. d B D dl1 dl2 • A C I1 I2 单位长度间作用力：

  17. 电流强度单位“安培”的定义： 真空中相距1米的二无限长的平行直导线中载有相等的电流时 ，若每米长度导线上的相互作 用力正好等于 则导线中的电流为1安培

  18. 讨论 (1) 定义: 真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若 　 相距 1 米，单位长度受力 则电流为1 安培。 (2) 电流之间的磁力符合牛顿第三定律： (3) 分析两电流元之间的相互作用力 同理 两电流元之间的相互作用力，一般不遵守牛顿第三定律

  19. (4) 分析两根带电长直线沿长度方向运动时，带电线之间的作用力。 两带电线上的电流为 两带电线单位长度上的电荷之间的库仑力 在一般情况下，磁场力远小于电场力

  20. 六、 磁力的功 B A A/ D F C B B/ 1、载流导线在磁场中平动 磁力的功：

  21. B A A/ D AB运动前后穿过回路磁通量的增量： F C B B/

  22. B j n 2、载流线圈在磁场中转动 磁力矩： 磁力矩作的元功：

  23. B j n 普适式！

  24. [例]半径R、载流I的半圆形闭合线圈共有N匝，当均匀外磁场方向与线圈法向成60o角时，求线圈的磁矩；此时线圈所受磁力矩；从该位置转到平衡位置，磁力矩所作的功[例]半径R、载流I的半圆形闭合线圈共有N匝，当均匀外磁场方向与线圈法向成60o角时，求线圈的磁矩；此时线圈所受磁力矩；从该位置转到平衡位置，磁力矩所作的功 解：线圈磁矩

  25. 磁力矩大小为 方向竖直向上

  26. 线圈从该位置转到平衡位置时 磁力矩作正功，它使夹角减少到零

  27. 9-6 磁场对运动电荷的作用 一、洛伦兹力 实验指出：运动电荷在磁场中受力的作用，其大小和方向为： 讨论： （1）洛伦兹力方向与q的正负相关。

  28. + - V V

  29. （2） 洛伦兹力不作功。 （3）与安培力的关系 I=qnvS

  30. v B 二、带电粒子在磁场中运动 （1）速度与磁场平行 F=0

  31. B 粒子作匀速圆周运动 F q v （2） 速度与磁场垂直 与速度方向垂直

  32. B F 与速度无关 q v 回旋加速器的工作原理

  33. B e - v - +

  34. （3） 一般情况 带电粒子作螺旋运动 •磁聚焦原理 很小时 粒子 源A 接收 器 A’ 发散角不太大的带电粒子束，经过一个周期后，重新会聚

  35. •磁约束原理 在非均匀磁场中，速度方向与磁场不同的带电粒子，也要作螺旋运动，但半径和螺距都将不断发生变化 磁场增强，运动半径减少 强磁场可约束带电粒子在一根磁场线附近 ——横向磁约束 •纵向磁约束 磁镜 减少粒子的纵向前进速 度，使粒子运动发生“反射” 在非均匀磁场中，纵向运动受到抑制——磁镜效应

  36. •磁镜效应的典型应用 受控热核聚变实验研究 能约束运动带电粒 子的磁场分布称为磁镜 约束 ——磁瓶 线圈 线圈 高温等离子体 •地球的磁约束效应 ——天然磁瓶

  37. B d 1 - - - - - - b I + + + + + + 2 三、霍尔效应 1、实验现象 RH：霍尔系数

  38. - - - - - - b v I + + + + + + B 无横向漂移 2、理论解释

  39. - - - - - - b v I + + + + + + B

  40. + + + + + + v + - - - - - - B 无横向漂移 载流子带正电情形： 1 b I 2

  41. - - - - - - 1 b v I + + + + + + B + + + + + + b v + I - - - - - - B 2 1 2

  42. 霍尔效应的应用 量子霍尔效应 分数量子霍尔效应

  43. 静电力 - + 非静电力 补充材料：电动势 要形成稳恒电流电路中必须存在非静电力 除静电力之外的所有力都是非静电力（化学、机械、磁力等）

  44. 一、非静电场强度 Fk表示电荷q在电源中受到的 非静电力，则 定义： A B 非静电场强度 外电路中非静电场强度为0

  45. 类比 电势的定义 如果外电路中也存在非静电力 A B 二、电动势 定义：单位正电荷从电源负极移到电源正极时，非静电力作的功

  46. 类比 电势的定义 如果外电路中也存在非静电力 A B 非静电场强沿闭合电路上的环流 方向：与电流方向一致

  47. 练习：如图所示的圆弧ab与眩ab通以同样的电流I，试比较它们各自在圆心O点的磁感应强度的大小练习：如图所示的圆弧ab与眩ab通以同样的电流I，试比较它们各自在圆心O点的磁感应强度的大小

  48. A 练习：一平面塑料圆盘，半径为R，表面带面密度的电荷，假定圆盘绕其轴线AA’以角速度为转动，磁场B的方向垂直于转轴，求磁场作用于圆盘的力矩？ B A’

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