第2章 恒磁场资料.ppt

1. 安培分子电流观点： 物质的每个分子都存在着回路电流------分子电流 一、载流线圈产生的磁场 闭合载流线圈产生的磁场正比于线圈回路对场点所张的立体角的梯度 在下面证明安培环路定理时直接引用 2. 证明 从毕奥——萨伐尔定律出发 先考虑单回路 再推广 例3 半径为R的无限长直导体，内部有一与导体轴平行、半径为a的圆柱形孔洞，两轴相距为b。设导体横截面上均匀通有电流I，求P点处的磁感应强度。 ● 对半径为a的无限长载流圆柱体 推广到任意载流回路的磁场 一个电流元产生的磁场可看成由许多磁感应管组成 有的穿入又穿出，有上述结论 有的没穿过S，磁通量为零 任意载流回路——由许多电流元串联而成，由叠加原理得 结论：通过磁场中任一闭合曲面S的总磁通量恒等于零。 例2 如图的导线，通有电流I，放在一个与均匀磁场垂直的平面上，求此导线受到的磁力。 例 半径R、载流I的半圆形闭合线圈共有N匝，当均匀外磁场方向与线圈法向成60o角时，求1）线圈的磁矩；2）此时线圈所受磁力矩；3）从该位置转到平衡位置，磁力矩所作的功 3）线圈从该位置转到平衡位置时 1 构造 电子数密度为n，漂移速度u dl内总电子数为N=nSdl， 每个电子受洛仑兹力f N个电子所受合力总和是安培力吗? 证明： N个电子所受合力总和大小 四.带电粒子在非均匀磁场中运动 （磁镜） （磁镜） 磁约束装置（磁瓶） 用两个电流方向相同的线圈产生一个中央弱两端强的磁场卫形，对于其中的带电粒子来说，相当于两端各有一面磁镜。那些纵向速度v平行不太大的带电粒子将在两磁镜之间来回反射，不能逃脱。带电粒子的横向运动可被磁场抑制，纵向运动又被磁镜所反射，。这样的磁场卫形就像牢笼一样把带电粒子或等离子体约束在其中。 范艾仑辐射带(Van Allen belts) ：宇宙中的磁约束现象 地磁场，两极强，中间弱，能够捕获来自宇宙射线的的带电粒子，在两极之间来回振。1958年，探索者一号卫星在外层空间发现被磁场俘获的来自宇宙射线和太阳风的质子层和电子层，称之为Van Allen辐射带。 当来自外层空间的大量粒子(宇宙射线)进入地球磁场范围,粒子将绕地磁感应线作螺旋运动,因为在近两极处地磁场增强,作螺旋运动的粒子将被折回,结果粒子在沿磁感应线的区域内来回振荡,形成一个带电粒子区域,称范艾仑辐射带,此带相对地球作对称分布。 包围地球外围的范艾仑辐射带 1958年人造卫星的探测发现,,范艾仑辐射带有两层,内层在距地面800-4000Km处,外层在60000Km处。 美丽的极光 极光的成因： 极光是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬 ——爱斯基摩人 肉眼可见的极光是由太阳风与大气原子冲撞产生的。 磁层亚暴发射的高速粒子流与大气原子冲撞。 ——真正原因 ——曾经的主流观点 在靠近两极的一些国家和地区,如美国的阿拉斯加,亚洲的西伯利亚,欧洲的挪威、瑞典和芬兰等国家，夜晚的天空会出现五颜六色绚丽多彩的发光现象，有的呈弧形，有的呈弥漫状的斑块，有的呈大而均匀的发光面等它们被统称做极光，发生在北极的称北极光，发生在南极的称南极光。 　北极光的产生是由于有时太阳黑子活动，太阳喷射的高能带电粒子流形成的太阳风，在地磁感应线的引导下在地球北极附近进入大气层时将使大气激发，然后辐射发光，从而出现美丽的北极光。 (是太阳连续不断地向宇宙空间辐射出的稳定的粒子流) 美丽的极光 美丽的极光 美丽的极光 T： toroidal (环形) K：kamera (真空室) M：magnet (磁) K：kotushka (线圈) 等离子是由大量的自由带电粒子以及部分中性粒子所组成的体系。宏观上一般呈电中性，导电率较高，其运动形式主要受电磁力支配。例如，在地球以外，围绕地球的电离层、太阳及其它恒星等是天然的等离子体，而日光灯管中发光的电离气体和实验室中高温电离气体都是人造等离子体。 在研究受控热核反应实验中，常常需要把等离子体约束在一定空间区域，等离子体温度高达几千万甚至几亿摄氏度，固体材料在这样的高温下都将被汽化，因此，可以利用上述带电粒子在非均匀磁场运动的特点，将等离子体约束在一定的空间。下面我们将介绍一种等离体磁约束装置―托卡马克。 等离子体：部分或完全电离的气体。 特点：由大量自由电子和正离子及中性原 子、分子组成，宏观上近似中性，即所含正负电荷数处处相等 托卡马克——一种等离子体磁约束装置 利用带电粒子在非均匀磁场运动的特点，将等离子体约束在一定的空间。 托卡马克装置原理示意图 托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。 托卡马克装置剖面结构和工作时内部状态（