磁场对载流导线的作用（大学

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§5磁场对载流导线的作用5.1安培力叠加原理计算各种载流回路在外磁场作用下所受的力5.2平行无限长直导线间的相互作用 电流强度的单位“安培”的定义一恒定电流，若保持在处于真空中相距1m的两无限长、而圆截面可忽略的平行直导线内，则在此两导线之间产生的力在每米长度上等于210－7N，则导线中的电流强度定义为1A（p117）与P91的定义等价，但注意两个定义表述上的区别 例如图所示，一根弯曲的刚性导线载有电流，导线放在磁感应强度为的均匀磁场中，的方向垂直纸面向外，设部分是半径为的半圆，．求该导线所受的合力． 解根据安培定理，、两段所受安培力的大小为，方向都向下．在段上任取一电流元，它所受安培力的大小为． 的方向向下． 例1.在均匀磁场中有一弯曲导线ab，通有I电流，求其受磁场力。LabB解：由安培定律若l与B均在板面内则F=ILabBsin方向垂直板面向外 5.3矩形载流线圈在均匀磁场中所受力矩在均匀磁场中刚性矩形线圈——不发生形变；合力=0，合力矩＝？磁矩m 5.4载流线圈的磁矩在均匀磁场中任意形状线圈将线圈分割成若干个小窄条小线圈所受力矩dL总力矩若线圈平面与磁场成任意角度，则可将B分解成 结论：线圈的磁矩所受的力矩磁矩的方向 5.5磁偶极子与载流线圈的等价性(略)5.6直流电动机的原理(略)5.7电流计线圈所受磁偏转力矩(略)问题：安培力的实质是什么？ §6带电粒子在磁场中的运动实验证明：运动电荷在磁场中受力洛仑兹力做功吗？洛仑兹力与安培力的关系？6.1洛仑兹力 6.2洛仑兹力与安培力的关系电子数密度为n，漂移速度udl内总电子数为N=nSdl，每个电子受洛仑兹力f洛伦兹力f作用在金属内的电子上安培力作用在导体金属上作用在不同的对象上自由电子受力后，不会越出金属导线，而是将获得的冲量传递给金属晶格骨架，使骨架受到力 证明：骨架受到的冲力电子受洛仑兹力的合力先说明导线中自由电子与宏观电流I的关系自由电子做定向运动，漂移速度u，电子数密度为n电流强度I：单位时间内通过单位面积的电量则在t时间内，通过导体内任一面元S迁移的电量为电流j电流密度N个电子所受合力总和大小I 传递机制可以有多种，但最终达到稳恒状态时，如图导体内将建立起一个大小相等方向相反的横向电场E（霍尔场）电子受力：洛伦兹力f，E的作用力f'结论：安培力是电子所受洛伦兹力的宏观表现 洛仑兹力2.时1.时带电粒子在均匀磁场中的运动 回旋周期或回旋频率与带电粒子的速率及回旋半径无关． 3.螺旋线的半径分解为和 回旋周期螺距从磁场中某点发射一束很窄的带电粒子流，它们的速率都很相近，且与的夹角都很小，尽管会使各个粒子沿不同半径的螺旋线运动，但是却近似相等，因此的螺距也近似相等，所以各个粒子经过距离后又会重新会聚在一起，称之为磁聚焦． 螺距 荷质比的测定:汤姆孙法测荷质比磁聚焦法测荷质比 交变电场的周期离子的最终速率离子的动能回旋加速器:回旋加速器的基本原理就是利用回旋频率与粒子速度无关的性质回旋半径加速的粒子能量，每十年提高一个数量级。能量范围在0.08Mev—5×105Mev.能量的每次提高都带来对粒子的新发现。如1983年发现W—、W＋、Z0粒子。 霍耳效应原理：带电粒子在磁场中运动样品：导体或半导体长方形样品载流子：带正电如图a载流子：带负电如图b实验表明：Hall系数EE Hall系数带电粒子受力平衡时K取决于载流子浓度和带电的正、负，可正、可负， 霍尔效应的应用霍耳系数K与导体中的载梳子浓度n成反比金属导体的载流子浓度n大——K和UH小半导体的载流子浓度n小——K和UH大判定半导体的导电类型、测定载流子浓度利用半导体材料制成霍耳元件得到广泛的应用霍耳元件具有结构简单而牢靠、使用方便、成本低廉等优点，所以它在实际中将得到越来越普遍的应用。测量磁场（恒定、非恒定）测量直流或交流电路中的电流强度和功率转换信号，如把直流电流转换成交流电流并对它进行调制；放大直流或交流信号等 带电粒子在非均匀磁场中的运动如图正带电粒子处于磁感应线所在位置，vB；此时，粒子受洛仑兹力FB，F=F||+FF提供向心力，F||指向磁场减弱的方向粒子也将作螺旋运动，但并非等螺距，回旋半径也会改变回旋半径因磁场增强而减小，同时，还受到指向磁场减弱方向的作用力回旋半径因磁场减弱而增大，同时，还受到指向磁场减弱方向的作用力vB (3)磁约束－一般带电粒子在非均匀磁场也作螺旋线运动：但是：常量常量B↑R↓h↓磁镜磁瓶注：平行磁场方向的速度分量较大的粒子，可能从两端逃逸出去动画10 地磁场——天然的磁镜捕集器范.阿伦辐射带——由地磁场所俘获的带电粒子（绝大部分为质子核电子）组成 等离子体磁约束等离子体：部分或完全电离的气体。特点：由大量自由电子和正离子及中性原子、分子组成，宏观上近似中性，即所含正负电荷数处处相等。带电粒子在磁场中沿螺旋线运动与B成反比强磁场中，每个带电粒子的活动被约束在一根磁力线上，此时，带电粒子回旋中心（引导中心）只能沿磁感应线作纵向运动，不能横越。——磁约束例：受控热核反应——托克马克、磁镜