清华大学物理学概论第6章恒定电场和恒定磁场7(毕萨拉磁场的性质).ppt

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1、1小故事：1820年奥斯特磁针的一跳说明电流具有磁效应法国物理学家迅速行动代表人物：阿拉果安培毕奥萨伐尔拉普拉斯从奥斯特磁针的一跳到对磁现象的系统认识只用半年时间说明科学家的锲而不舍的精神§6.5真空中的稳恒磁场一.基本磁现象2NS磁场磁现象(1)磁体磁体磁体电流NSSN磁体电流电流电流磁现象(2)磁现象(3)磁现象(4)IIFv1I2IFvFv二.磁场磁感强度电流或运动电荷周围既有电场又有磁场磁场的宏观性质：1）对运动电荷(或电流)有力的作用2）磁场有能量运动电荷在电磁场中受力：洛伦兹力公式4应用：▲霍耳效应-BqFmFev霍耳电势差：KH霍耳系数

2、判断载流子种类，测量载流子浓度，测磁场等。I+++++++++++++++________++++++-----EHBhb霍耳电阻5I++++---P型半导体+-霍耳效应的应用（2）测量磁场霍耳电压（1）判断半导体的类型+++---N型半导体-I+-6在极低温、强磁场下*量子霍耳效应：克里青（Klitzing）常量1990年定义RK的测量准确到10101980年克里青发现，B/Tn=4n=3n=21.39K，25.52A510157TheNobelPrizeinPhysics1985KlausvonKlitzingFederalRepublicof

3、GermanyMax-Planck-InstitutfürFestkörperforschungStuttgart,FederalRepublicofGermanyb.19438*分数量子霍耳效应：崔琦和施特默（Störmer）发现在更强的磁场下（B>20T），n可以是分数，如：1/3、1/5、1/2、1/4等，这称为分数量子霍耳效应。获得了1985年诺贝尔物理学奖。默和崔琦获得了1998年诺贝尔物理学奖。整数和分数量子霍耳效应及其理论解释是我们认识宏观量子现象的一次重要突破。劳克林（Laughlin）成功地给出了理论解释。该效应表明，有携带分数电荷的

4、准粒子存在。劳克林、施特克里青9TheNobelPrizeinPhysics1998RobertB.LaughlinHorstL.StörmerDanielC.Tsui1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUSAFederalRepublicofGermanyUSAStanfordUniversityStanford,CAColumbiaUniversityb.1950b.1949b.1939(inHenan,China)10▲磁聚焦v∥v⊥θqvBRAABh磁聚焦▲磁约束qFm在地磁两极附近，由于磁感线与地

5、面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它们和空气分子碰撞产生的辐射，就形成了极光。*绚丽多彩的极光12B电流BF海水进水出水发动机接发电机IF电极▲磁流体发电▲加速器▲磁流体船13II导电导轨金属熔块如铜块B弹块BFmII106A导电气体在1ms内，速度可达10km/s~106g，▲电磁轨道炮弹块14安培力BIdldF（电流元）I对圆电流圈（或任意平面电流线圈）：对线电流：演示ISm安培力（KD030）载流平行直导线的相互作用（KD29）均可用来定义磁感强度15三.磁感强度的计算要解决的问题是：已知任一电流分布其磁感强度的计算

6、方法：将电流分割成许多电流元毕－萨－拉定律：每个电流元在场点的磁感强度为：16真空中的磁导率H/m大小：方向：如图所示既垂直电流元又垂直矢径17例1求圆电流中心的磁感强度N---分数和整数原因：各电流元在中心产生的磁场方向相同18平面载流线圈的磁矩磁偶极子定义平面载流线圈的磁矩如果场点距平面线圈的距离很远，这样的平面载流线圈称为磁偶极子磁偶极矩平面载流线圈mpI磁偶极子的场用磁偶极矩表示19IP.结论：磁偶极子轴线上的场沿磁矩方向20电场时:电偶极子磁场时:磁偶极子电偶极矩磁偶极矩场量的表达形式相同-+电磁学中物质分子的模型21例2直电流磁场的特点1)

7、场点在直电流延长线上2)长直载流导线中垂线上一点各电流元产生的磁感强度方向相同中垂线上半部分电流与中垂线下半部分电流各提供1/2的磁感强度无限长和半无限长载流导线必然结果例3求：圆心o处的磁感强度解：电流：电流：电流：23无头无尾闭合曲线四.稳恒磁场的性质方程1.磁力线磁通量磁力线的特征与电流套连与电流成右手螺旋关系24直线电流的磁感应线IBI25I圆电流的磁感应线26通电螺线管的磁感应线II27各种典型的磁感应线的分布：直线电流的磁感线圆形电流的磁感线28直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线29磁通量单位：韦伯(Wb)无头无尾闭合曲线与电流套连

8、与电流成右手螺旋关系30性质方程一磁通连续原理（磁场的高斯定理）微分形式磁场是不发散的（磁场是