載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)受力

1、磁約束核聚變研究裝置磁約束核聚變研究裝置 11-6 載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力引言引言 在高中我們學(xué)習(xí)過安培定律的標(biāo)量表達(dá)式，在高中我們學(xué)習(xí)過安培定律的標(biāo)量表達(dá)式，并且分析了安培力的方向。但是在高中，我并且分析了安培力的方向。但是在高中，我們只能計(jì)算直導(dǎo)線在勻強(qiáng)場(chǎng)中所受的安培力。們只能計(jì)算直導(dǎo)線在勻強(qiáng)場(chǎng)中所受的安培力。 本節(jié)將學(xué)習(xí)安培定理的矢量式，并且用它本節(jié)將學(xué)習(xí)安培定理的矢量式，并且用它計(jì)算各種載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力。計(jì)算各種載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力。目的目的： 掌握安培力的特點(diǎn)。理解安培力的實(shí)質(zhì)，通電線圈的磁場(chǎng)中所受的力矩。直流電動(dòng)機(jī)原理和電流計(jì)結(jié)構(gòu)、原理。11-

2、6 載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力一、安一、安培力力 、安培定律磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力稱為安培力。安培力的規(guī)律是安培由實(shí)驗(yàn)確立的，稱為安培定律。載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流有作用磁場(chǎng)對(duì)電流有作用安培定律安培定律大?。捍笮。悍较颍悍较颍簊inddlBIF 由右手螺旋法則確定由右手螺旋法則確定 任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場(chǎng)中受到的安培力任意形狀載流導(dǎo)線在外磁場(chǎng)中受到的安培力BlIFFdd(1) 安培定理是矢量表述式安培定理是矢量表述式zyxFFFFd,d,dd(2) 若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)場(chǎng)若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)場(chǎng) BlIFd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電流受力在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的閉合電流受力BlIFd0BlIF

3、 dd討論討論安培力安培力l安培力的實(shí)質(zhì)比較一下洛侖茲力公式和安培力公式 考慮一段長為l的金屬導(dǎo)線，它放置在垂直紙面向內(nèi)的磁場(chǎng)中(在圖中用“”表示磁感受應(yīng)線方向)。設(shè)導(dǎo)線中通有電流I，其方向向上。l自由電子數(shù)密度為n , l自由電子的定向運(yùn)動(dòng)速度為u l洛侖茲力BVqf在時(shí)間t內(nèi)通過導(dǎo)線某一截面的電量l時(shí)間t內(nèi)每個(gè)電子定向運(yùn)動(dòng)向下移動(dòng)了距離ut。l在截面之上相距ut的地方取另一截面S。l在這兩個(gè)截面之間是一段體積V=Sut的柱體l凡是處在這個(gè)柱體內(nèi)的電子，在t后都將通過截面；l凡是在這個(gè)柱體之外的電子，間隔t后都不會(huì)通過截面。l所以在時(shí)間間隔t 內(nèi)通過的電子數(shù)等于這個(gè)柱體內(nèi)的全部電子數(shù)，nV=

4、nSut，l在時(shí)間間隔t內(nèi)通過的電量應(yīng)等于這個(gè)數(shù)目再乘以每個(gè)電子電量e (這里只考慮數(shù)值，暫不管它的正負(fù))， l電流強(qiáng)度qIenSut磁場(chǎng)作用于電流元上的力sindFenSudlBxyOAILB此段載流導(dǎo)線受的磁力。此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元在電流上任取電流元lIdlIBBlIFdddlIdFdsinddlIBFxyIBdxIBlIBFydcosdd0d00yIBFxIBLxIBFLy0d例例 在均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為在均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I I求求解解相當(dāng)于載流直導(dǎo)線相當(dāng)于載流直導(dǎo)線F 在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受的力，方向沿在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受的力，方向

5、沿 y y 向。向。OA例、一長直導(dǎo)線與正方形線圈在同一平面內(nèi)，分別載有電流I1和I2，正方形邊長為a，中心到直導(dǎo)線距離為d。則整個(gè)線圈所受的磁力？二、平行無限長載流直導(dǎo)線間的相互作用力1、設(shè)有兩要根無限長載流直導(dǎo)線之間距離為a ，l分別通有電流I1和I2，且電流的流向相同，l則導(dǎo)線中電流在導(dǎo)線處l的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：l方向垂直紙面向里。 l根據(jù)安培定律，導(dǎo)線中任一電流元I2 dl2 所受安培力大小為：方向在平行導(dǎo)線所在的平面內(nèi)，并且垂直于 I2dl2 指向?qū)Ь€，則導(dǎo)線單位長度上所受的安培力大小為：同理，計(jì)算出導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線單位長度上安培力的大小為：方向與 f 12 方向相反。平行載流直導(dǎo)線

6、同向電流時(shí)相互吸引。同理可證平行載流直導(dǎo)線異向電流時(shí)相互排斥。2、電流強(qiáng)度的單位安培定義為：l一恒定電流，若保持在處于真空中相距米的兩無限長、而圓截面可忽略的平行上導(dǎo)線內(nèi)，則在此兩導(dǎo)線間產(chǎn)生的力在每米長度上等于210 - 7N 則流過兩導(dǎo)線的電流強(qiáng)度即為安培。l這是國家標(biāo)準(zhǔn)總局根據(jù)國際計(jì)量委員會(huì)的正式文件批準(zhǔn)的，于1983年7月1日實(shí)施的安培的定義。 CDFABF二、均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用力二、均勻磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用力矩矩B1l2lDAFBCFDCBAIsin1BIlFFBCDA（方向相反在同一直線上）（方向相反在同一直線上）2BIlFFABCD0iF（線圈無平動(dòng)）（線圈無平動(dòng)）對(duì)中心的力矩為對(duì)中心的力矩為sin2sin211lFlFMCDABsin21BIl l1. 在均勻磁場(chǎng)中的剛性矩形載流線圈在均勻磁場(chǎng)中的剛性矩形載流線圈n（方向相反方向相反不在一條直線上）不在一條直線上）nl lnSS21BpMmnISpm令令B+ +nA(B)D(C)2. 磁場(chǎng)力的功磁場(chǎng)力的功dsinddBISMAmIBSId)cosd(mmmmIIIAmm)(d1221討論討論(1) 線圈若有線圈若有N 匝線圈匝線圈BpNMm(2) M 作用下，磁通量增加