第三篇7稳恒磁场(磁力)

磁的基本现象和基本规律一、基本磁现象1、条形磁铁磁极磁极中性区2、磁针南北东西NS磁南极磁北极3、磁铁与磁铁之间有相互作用同名相斥，异名相吸4、磁铁与电流之间有相互作用1820年丹麦奥斯特电流对磁针有作用力I磁铁对电流有作用力电流的磁效应５、电流与电流之间也有相互作用６、通电螺线管的行为与条形磁铁类似ＮＳ二、磁铁和电流在本质上是否一致？十九世纪法国安培的分子环流假说：组成磁铁的最小单元是环形电流，大量的分子电流整齐地排列起来，在宏观上显示出磁性。Ｎ电流磁铁磁性的本源运动电荷运动电荷相互作用磁场总之，磁力都是运动电荷之间相互作用的表现。磁场磁感应强度一.磁场运动电荷周围存在磁场磁场的宏观性质：对其中的运动电荷有力的作用磁场是一种物质，有质量、能量，是客观存在磁力通过磁场传递库仑相互作用磁相互作用静止电荷静止电荷运动电荷静止电荷运动电荷运动电荷ef库仑相互作用efmfBvqEq磁场力，运动电荷才受磁力洛仑兹力是力的基本关系式洛仑兹力是相对论不变式磁感强度B(MagneticInduction)或称磁通密度(magneticfluxdensity)单位：特斯拉(T)洛仑兹力公式mefff电场力，与电荷的运动状态无关二、磁感应强度是表征磁场力的性质的物理量1、的来源B0qqSSv0vEvcvqEqf021Eqfe在系中，只受到静电场力的作用qS在系中，的受力是两个运动电荷之间的相互作用，由洛伦兹变换：qSBvqEq2、的单位BsinqvfBmMCSNT11无头无尾，闭合曲线3、磁力线1）典型电流的磁力线4、磁通量SmsdB单位：韦伯(Wb)与电流铰链与电流成右手螺旋关系磁通连续原理（磁场的高斯定律）0SSdB0B无源场2）磁力线的性质带电粒子在磁场中的运动一.带电粒子在磁场中受力洛仑兹力BvqfmB二.带电粒子在磁场中的运动1、BvvqmfRqvBRmv2BqmvR回旋半径回旋周期BqmvRT222.Bv//0mf若忽略重力，粒子将保持直线运动状态B3.与夹角为vBv//v螺旋运动半径BqmvR螺距BqmvTvh////2hvqvqR三.应用1、磁聚焦2、磁约束I霍耳效应yxz金属导体bh1879年美国物理学家霍耳发现：将一导电板放在垂直磁场中，当通以电流I时，对应图中沿Z方向有电势差。BByybIBRUHH霍耳系数nqRH1可以用带电粒子在磁场中受力解释，精确的解释只能用电子的量子理论。霍耳效应的应用：判定导电机制测量未知磁感强度IbhBvqmf+-ef1、空穴导电（载流子为正）设载流子电量为q，漂移速率为v，浓度为n当时，为稳定状态emffqvBhUqHnqvbhIbIBnqUH12、电子导电（载流子为负）HUIbhBvq-mf+-efHUB载流导线在磁场中受力一、安培力公式B整个电流受力IlId怎么计算电流受到的磁场力？任意电流元受力为FdlIdlFdF设导线截面积S，电流I，载流子浓度n，带电量q，漂移速率vBvqnSdlBlnqvSd-vlIdBlIdFdmfmfnSdlFdlBlIdFBlIdFd安培力公式求载流导线在磁场中受力步骤：1）求电流元受力2）看的方向，同方向叠加，则BlIdFdFdldFFzyxidFFlii,,否则，例1在均匀磁场中放置一半径为R的半圆形导线，电流强度为I，导线两端连线与磁感强度方向夹角=30°，求此段圆弧电流受的磁力。解：在电流上任取电流元lId)()(baBlIdFBldIba)()(均匀场BabIsinBabIFIBRRab2B=30°abIlId方向结论均匀磁场中任意弯曲通电导线ab，所受磁场力为：BabIF均匀磁场中任意闭合通电导线（通电线圈），所受磁场力为：0FBabBIIabBbaIBabIF例2如图一圆柱形磁铁N极上方水平放置一半径为R的圆电流I，圆电流所在处磁场的方向均与竖直方向成角，求圆电流所受磁力解：在圆电流上任取电流元BlIdFdBNYXIlIdFd方向如图圆电流所在处磁场的大小相同IdlBdFcosIdlBdFxsinIdlBdFy02RxdF对称性分析得sin22RIBdFFRyxdFydF二、均匀磁场中的载流线圈以半径R、电流I的圆形载流线圈为例BIRnˆXYxByB1、对载流线圈的作用xB磁场力............xBInˆ.lIdFd取任意电流元BlIdFdFdrMd磁力矩rMd取对称电流元，分析受磁场力和磁力矩的情况Fd合力矩=0MdsinsinyIdlBR2、对载流线圈的作用yBBnISMˆyBInˆ.磁场力取任意电流元BlIdFdFdrMd磁力矩取对称电流元，分析受磁场力和磁力矩的情况合力矩≠0rdFdMRddl022sin2dBIRMysin2IBRBPmRlIdrFdFdMdMd3、小结：载流线圈在均匀磁场中合力力矩BPMm0合FnISPmˆ磁矩magnetic(dipole)moment如果场点距平面线圈的距离dr平面线圈的平均线度则称为磁偶极子磁偶极矩mp