11-5 帶電粒子在磁場中所受作用及運(yùn)動.ppt

1、1. 洛倫茲力的推導(dǎo),帶電粒子在磁場中所受作用及運(yùn)動,一般情況下，如果帶電粒子運(yùn)動的方向與磁場方向成夾角 時。,洛倫茲力,大?。?方向： 的方向,2. 帶電粒子在磁場中的運(yùn)動,2.1 設(shè)有一均勻磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ，一電荷量為 、質(zhì)量為 的粒子，以初速 進(jìn)入磁場中運(yùn)動。,（1）如果 與 相互平行,粒子作勻速直線運(yùn)動。,（2）如果 與 垂直,粒子作勻速圓周運(yùn)動。,周期,軌道半徑,（3）如果 與 斜交成角,粒子作螺旋運(yùn)動。,2.2 帶電粒子在非均勻磁場中運(yùn)動,（1）會聚磁場中作螺旋運(yùn)動的帶正電的粒子掉向返轉(zhuǎn),2.2 帶電粒子在非均勻磁場中運(yùn)動,（2）磁約束裝置,（3）非均勻磁場的應(yīng)用：范艾侖(Va

2、n Allen)輻射帶,3. 霍耳（E.C.Hall)效應(yīng),霍耳,霍耳效應(yīng),在一個通有電流的導(dǎo)體板上，垂直于板面施加一磁場，則平行磁場的兩面出現(xiàn)一個電勢差，這一現(xiàn)象是1879年美國物理學(xué)家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳效應(yīng)。該電勢差稱為霍耳電勢差 。,實(shí)驗(yàn)指出，在磁場不太強(qiáng)時，霍耳電勢差 U與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的寬d成反比。,RH稱為霍耳系數(shù)，僅與材料有關(guān)。,導(dǎo)體中運(yùn)動的載流子在磁場中受到洛侖茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，正負(fù)載流子受到的洛侖茲力剛好相反，在板的上下底面積累了正負(fù)電荷，建立了電場 EH ，形成電勢差。,導(dǎo)體中載流子的平均定向速率為v，則受到洛侖茲力為qvB，上下兩板形成電勢差后，載流子

3、還受到一個與洛侖茲力方向相反的電場力qEH ，二力平衡時有：,設(shè)載流子濃度為n，則電流強(qiáng)度與載流子定向速率的關(guān)系為：,則霍爾系數(shù)為,例11-5 把一寬為2.0cm，厚1.0cm的銅片，放在B=1.5T的磁場中，磁場垂直通過銅片。如果銅片載有電流200A，求呈現(xiàn)在銅片上下兩側(cè)間的霍耳電勢差有多大？,霍耳電勢差,解 每個銅原子中只有一個自由電子，故單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n即等于單位體積內(nèi)的原子數(shù)。已知銅的相對原子質(zhì)量為64，1 mol銅（ 0.064kg）有6.01023個原子（阿伏加得羅常數(shù)），銅的密度為9.0103 kg/m3，所以銅片中自由電子的密度,銅片中電流為200A時，霍耳電勢差只有22V，可見在通常情況下銅片中的霍爾效應(yīng)是很弱的。,在半導(dǎo)體中，載流子濃度n遠(yuǎn)小于單位金屬中自由電子的濃度，因此可得到較大的霍耳電勢差。在這些材料中能產(chǎn)生電流的數(shù)量級約為1mA，如果選用和例中銅片大小相同的材料，取I