載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)PPT

1、關(guān)于載流導(dǎo)體產(chǎn)生磁場(chǎng)第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月xyOAIL此段載流導(dǎo)線受的磁力。在電流上任取電流元例在均勻磁場(chǎng)中放置一任意形狀的導(dǎo)線，電流強(qiáng)度為I求解相當(dāng)于載流直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受的力，方向沿 y 向。第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月例 求兩平行無限長直導(dǎo)線之間的相互作用力？解 電流 2 處于電流 1 的磁場(chǎng)中同時(shí)，電流 1 處于電流 2 的磁場(chǎng)中，電流 2 中單位長度上受的安培力電流 1 中單位長度上受的安培力第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 定義: 真空中通有同值電流的兩無限長平行直導(dǎo)線，若 相距 1 米，單位長度受力(2) 電流之間的

2、磁力符合牛頓第三定律：則電流為1 安培。(3) 分析兩電流元之間的相互作用力同理 兩電流元之間的相互作用力，一般不遵守牛頓第三定律討論第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 分析兩根帶電長直線沿長度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電線之間的作用力。 兩帶電線上的電流為 兩帶電線單位長度上的電荷之間的庫侖力在一般情況下，磁場(chǎng)力遠(yuǎn)小于電場(chǎng)力第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月例 求一載流導(dǎo)線框在無限長直導(dǎo)線磁場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)解 1234方向向左方向向右 整個(gè)線圈所受的合力： 線圈向左做平動(dòng)1324第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二.磁場(chǎng)對(duì)平面載流線圈的作用（方向相反在同一直

3、線上）（線圈無平動(dòng)）對(duì)中心的力矩為1. 在均勻磁場(chǎng)中的剛性矩形載流線圈（方向相反不在一條直線上）令+A(B)D(C)第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 磁場(chǎng)力的功討論(1) 線圈若有N 匝線圈(2) M 作用下，磁通量增加穩(wěn)定平衡負(fù)號(hào)表示力矩作正功時(shí) 減小非穩(wěn)定平衡(3) 非均勻磁場(chǎng)中的平面電流環(huán)線圈有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一.洛倫茲力公式 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 安培力與洛倫茲力的關(guān)系安培力是大量帶電粒子洛倫茲力的疊加9.6 帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 洛倫茲力始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故討論對(duì)電荷不作功(2)

4、 在一般情況下，空間中電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)存在二.帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 粒子回轉(zhuǎn)周期與頻率情況第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 一般情況 帶電粒子作螺旋運(yùn)動(dòng) 磁聚焦原理 粒子源A 很小時(shí)接收器 A發(fā)散角不太大的帶電粒子束，經(jīng)過一個(gè)周期后，重新會(huì)聚第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 減少粒子的縱向前進(jìn)速度，使粒子運(yùn)動(dòng)發(fā)生“反射” 磁約束原理 在非均勻磁場(chǎng)中，速度方向與磁場(chǎng)不同的帶電粒子，也要作螺旋運(yùn)動(dòng)，但半徑和螺距都將不斷發(fā)生變化磁場(chǎng)增強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)半徑減少 強(qiáng)磁場(chǎng)可約束帶電粒子在一根磁場(chǎng)線附近 橫向磁約束 縱向磁約束在非均勻磁場(chǎng)中，縱向運(yùn)動(dòng)受到抑制 磁鏡效應(yīng)磁鏡第十二張，

5、PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月線圈線圈高溫等離子體 磁鏡效應(yīng)的典型應(yīng)用受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)研究 能約束運(yùn)動(dòng)帶電粒子的磁場(chǎng)分布稱為磁鏡約束 磁瓶 地球的磁約束效應(yīng) 天然磁瓶三.霍爾效應(yīng)1879年 霍爾發(fā)現(xiàn)在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體板上，若垂直于板面施加一磁場(chǎng)，則板面兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)微弱電勢(shì)差(霍爾效應(yīng))第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月橫向電場(chǎng)力:洛倫茲力:當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：實(shí)驗(yàn)結(jié)果受力分析(霍耳系數(shù))ldIab(方向向下)(方向向下)+第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 區(qū)分半導(dǎo)體材料類型 霍爾系數(shù)的正負(fù)與載流子電荷性質(zhì)有關(guān)+N 型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體它是研究半導(dǎo)體材料

6、性質(zhì)的有效方法（濃度隨雜質(zhì)、溫度等變化）討論(1) 通過測(cè)量霍爾系數(shù)可以確定導(dǎo)電體中載流子濃度第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月四. 運(yùn)動(dòng)電荷的電磁場(chǎng)高溫導(dǎo)電氣體沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分造成的能量損耗可提高效率特點(diǎn)：磁場(chǎng)是電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)效應(yīng)(3) 磁流體發(fā)電第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一. 磁介質(zhì)及其分類1. 磁介質(zhì) 任何實(shí)物都是磁介質(zhì)電介質(zhì)放入外場(chǎng)磁介質(zhì)放入外場(chǎng) 相對(duì)磁導(dǎo)率 反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度 9.7 物質(zhì)的磁性2. 磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場(chǎng)增強(qiáng)原場(chǎng)如 鋅、銅、水銀、鉛等如 錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非常接近于1。第十七張，P

7、PT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)二. 磁化機(jī)理原子中電子的軌道磁矩1. 安培分子環(huán)流的概念和方法電子的自旋磁矩電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數(shù)量級(jí)分子磁矩 所有電子磁矩的總和抗磁質(zhì)無外場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)無外場(chǎng)作用時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 磁介質(zhì)的磁化電子軌道半徑不變當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩反方向時(shí)當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩方向相同時(shí)第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月將順磁質(zhì)放入外場(chǎng) 分子環(huán)流在外場(chǎng)作用下，產(chǎn)生取向轉(zhuǎn)動(dòng)， 磁矩將轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向 宏觀上產(chǎn)生附加磁場(chǎng)結(jié)論：在

8、外場(chǎng)作用下，電子產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成附加的, 附加磁矩（也稱感應(yīng)磁矩）總是與外場(chǎng)方向反，即產(chǎn)生一個(gè)與外場(chǎng)反向的附加磁場(chǎng)相 抗磁質(zhì)磁化在外場(chǎng)作用下，每個(gè)分子中的所有電子都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相反順磁質(zhì)磁化第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月在外場(chǎng)作用下，分子磁矩要轉(zhuǎn)向，同時(shí)每個(gè)分子中的所有電子也都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩。則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相同三. 有磁介質(zhì)的磁高斯定理磁介質(zhì)存在時(shí)，磁感應(yīng)線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線(含磁介質(zhì)的磁高斯定理)對(duì)于任意閉合曲面S第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月四. 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理1. 束縛電流以無限

9、長螺線管為例定義：磁化強(qiáng)度 磁化強(qiáng)度越強(qiáng)，反映磁介質(zhì)磁化程度越強(qiáng)順磁質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消形成沿表面流動(dòng)的面電流束縛電流第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)論：介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。順磁質(zhì)束縛電流密度2. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理用磁化強(qiáng)度描述束縛電流項(xiàng)可證明:第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月定義磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理)磁介質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度沿所選閉合路徑的環(huán)流等于閉合積分路徑所包圍的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。討論 束縛電流與磁化強(qiáng)度設(shè)單位長度上的束縛電流為沿Z方向磁化的介質(zhì)體元第二十

10、四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月取任意閉合回路 L，則磁化強(qiáng)度M 沿L 的積分等于穿過此積分回路圍成的面積上束縛電流強(qiáng)度的代數(shù)和。 (普遍關(guān)系式)則，它產(chǎn)生的磁矩介質(zhì)側(cè)面上的束縛電流強(qiáng)度第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 對(duì)于各向同性介質(zhì)，在外磁場(chǎng)不太強(qiáng)的情況下 介質(zhì)的磁化率一定條件下，可用安培環(huán)路定理求解磁場(chǎng)強(qiáng)度，然后再求解磁感應(yīng)強(qiáng)度。第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一無限長載流直導(dǎo)線，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對(duì)磁導(dǎo)率(2) 介質(zhì)內(nèi)外界面上的束縛電流密度例求解根據(jù)磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理(1) 磁介質(zhì)中的磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度由磁化強(qiáng)度與束縛電流密

11、度的關(guān)系內(nèi)界面:外界面:第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月五.鐵磁質(zhì)主要特征在外場(chǎng)中，鐵磁質(zhì)可使原磁場(chǎng)大大增強(qiáng)。撤去外磁場(chǎng)后，鐵磁質(zhì)仍能保留部分磁性。1. 磁疇 磁化微觀機(jī)理鐵磁質(zhì)中自發(fā)磁化的小區(qū)域叫磁疇，磁疇中電子的自旋磁矩整齊排列。無磁化方向與有 整個(gè)鐵磁質(zhì)的總磁矩為零同向的磁疇擴(kuò)大磁化方向轉(zhuǎn)向的方向使磁場(chǎng)大大增強(qiáng)外場(chǎng)撤去，被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力的阻礙，不能恢復(fù)磁化前的狀態(tài)。磁疇的磁化方向第二十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 宏觀磁化現(xiàn)象 磁滯回線鐵磁質(zhì)中不是線性關(guān)系 剩磁矯頑力(1) 實(shí)驗(yàn)證明：各種鐵磁質(zhì)的磁化曲線都是“不可逆”的， 具有磁滯現(xiàn)象討論(2) 不同材料，矯頑力不同第二十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年