电07、08.磁力与磁场总结(2003).ppt

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1、磁流体船磁力与磁场1一.磁力的规律1.洛仑兹力定义qBvFm演示电荷对观察者的速度？思考电荷是相对磁场的速度，还是（应是后者）阴极射线管演示洛仑兹力（KD033）2应用：▲霍耳效应-BqFmFev霍耳电势差：KH霍耳系数判断载流子种类，测量载流子浓度，测磁场等。I+++++++++++++++________++++++-----EHBhb霍耳电阻3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A510154*分数量子霍耳效应：崔琦和施特默（Störme

2、r）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，有携带分数电荷的准粒子存在。劳克林、施特克里青5▲磁聚焦v∥v⊥θqvBRAABh磁聚焦▲磁约束qFm6B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7在地磁两极附近，由于磁感线与地面垂直，外层空间入射的带电粒子可直接射入高空大气层内，它

3、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82.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9二.磁场的规律1.基本定律（1）毕—萨定律—真空的磁导率PI电流元不在自身方向上激发磁场。10（2）叠加原理PO电流元的磁感应线在垂直于电流元的平面内，磁感应线绕向与电流流向成右手螺旋关系。是圆心在电流元轴线上的一系列的同心圆。演示直线电流产生的磁场（KD027）PI112.基本性质（基本定理）（1）磁通连续原理（）这说明线闭合，无头无尾，S也就是不存在单

4、独磁荷（磁单极子）。因此，磁场是不发散的（无源场）：12*磁单极（magneticmonopole）：1931，Dirac预言了磁单极子的存在。量子理论给出电荷q和磁荷qm存在关系：磁单极子质量：根据电和磁的对称性：qm—磁荷这么大质量的粒子尚无法在加速器中产生。只要存在磁单极子就能证明电荷的量子化。13人们希望从宇宙射线中捕捉到磁单极子。斯坦福大学Cabrera等人的研究组利用超导线圈中磁通的变化测量来自宇宙的磁单极子。qm电感LI超导线圈有磁单极子穿过时，感应电流记录到了预期电流的跃变，I1982.2.14,13:53t但以后再未观察到此现象。实验中采用了直径5cm的铌线圈4匝。

5、经过151天的连续等待，1982.2.14自动记录仪14（2）安培环路定理L电流分布I2<0I1>0目前仍然不能在实验中确认磁单极子存在。15几点说明：1）安培环路定理只适用于稳3中的是全空间电流的贡献；4）说明磁场为非保守场（涡旋场）。I内流向与L绕向成左手关系时为负；I1>0I2<0LnS2）I内流向与L绕向成右手关系时I内为正，恒电流（闭合或伸展到）；16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17直螺线管电流的磁感线环形螺线管电流的磁感线18三.应用基本定理分析磁场举例例1证明不存在球对称辐射状磁场：证：选半径为r的球面为高斯面S，由题设有：这与矛盾。∴

6、不存在形式的磁场。rSB19SN.证明不存在突然降到零的磁场。证：L选图示的闭合回路L，应有：但图示情况所以不存在这样的磁场。SN实际情况应有边缘效应。边缘效应L例2以保证20面镜像对称，例3已知：无限长直密绕载流螺线管n、I。求：管内、外磁感强度。解：∵n大（密绕），∴螺距小，由无限长条件和轴对称，有：螺线管可简化为由一匝匝平面圆电流圈并排排列所组成。该电流系统对图示反射用对称性原理分析：是轴矢量。经镜像反射不变，经镜像反射变号，.BrBzBr......znII故应有反射面21由，有：有：也可以由的高斯定理和安培环路定理导出：B(r)=0和B(r)=0的

7、结论（即）由IlnrL环路高斯面S22由，......znILB0B内......znI...B0LB外l（安）即长直螺线管内为均匀磁场，管外磁场为0。与I的流向成右手螺旋关系23思考磁场如何？答：螺线管的每圈电流都圆电流叠加而成。可看成是无数大大小小的IIn布来看，截面形状任意的密绕长直螺线管可看成无数大大小小的圆截面螺线管叠加而成。所以管内仍是管外场强仍为零。故从电流分对截面任意的短粗螺线管能否这样处理？截