新编实用物理6教程.pptx

第6章 磁场;6.1 磁场的基本性质;6.1.1 磁现象的电本质;6.1.2 磁感应强度;6.1.3 电场与电场强度; B的方向由右螺旋法则判断，恒垂直于v和r构成的平面，也即与v和r的方向都垂直，且与q的正负有关. 如图6-3所示的运动电荷在O点的磁感应强度为：(a)垂直纸面向外，(b)垂直纸面向内，(c)垂直纸面向内. ;6.1.4 高斯定理和安培环路定理;由图可见： ?(1) 磁感应线是无头无尾的闭合曲线，不像电场线那样有头有尾，起于正电荷，终于负电荷，所以稳恒磁场是无源场. ? (2) 磁感应线总是与电流互相套合，所以稳恒磁场是有旋场. (3) 磁感应线的方向即磁感应强度的方向，磁感应线的疏密即磁场的强弱. ;2．磁通量 像定义电通量Ψe一样，定义垂直通过某曲面磁感应线的条数叫做磁通量，用Φm表示，即 (6-4) 单位是Wb（韦伯） ，1Wb=1T·m2. 对于闭合曲面，一般规定外法线为正，所以穿出曲面的磁通量为正，进入曲面的磁通量为负. ;3．高斯定理 由于磁感应线是无头无尾的闭合曲线，因此对于任何一个闭合曲面，有多少条磁感应线进入闭合曲面，就必然有多少条磁感应线穿出闭合曲面，即通过任意闭合曲面的磁通量Φm恒为零，这就是稳恒磁场高斯定理，其表达式为 (6-5) 磁场高斯定理说明稳恒磁场是无源场，与静电场的性质不同. ;4．安培环路定理 安培环路定理表示如下：在磁场中，沿任意闭合曲线B矢量的线积分(B矢量的环流)等于真空的磁导率μ0乘以穿过以该闭合曲线为边界所张任意曲面的各恒定电流的代数和，其数学表达式如下： (6-6) 上式中电流的正、负与积分时在闭合曲线上所取的绕行方向有关. ;上图所示的三种情况，B沿各闭合曲线的线积分分别为;6.2 磁场对运动电荷的作用;6.2.1 洛伦兹力;6.2.2 带电粒子在磁场中的运动; (3) 若v与B斜交成θ角，如图所示，我们可以将v分解为两个分量v1＝vcosθ和v2＝vsinθ， v1使粒子做匀速圆周运动，而v使粒子沿原方向匀速前进，所以粒子的轨迹是一螺旋线，其半径、周期和螺距分别为 (6-11) (6-12) (6-13);6.2.3 霍尔效应;实验表明，在磁场不太强时，电位差UH与电流强度I和磁感应强度B成正比，与板的厚度d成反比，即 (6-14) 或 (6-15) 式(6-14)中RH为霍尔系数. 式(6-15)中KH为霍尔元件的灵敏度，单位为mV / (mA·T).产生霍尔效应的原因是作定向运动的带电粒子即载流子在磁场中所受到的洛伦兹力作用而产生的. ;如图6.12(a)所示，一块长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片，置于沿Z轴方向的磁场中，在X轴方向通以电流I，则其中的载流子——电子所受到的洛伦兹力为 (6-16) A，B面之间的电位差为UH(即霍尔电压)，经计算得 (6-18) 此时，B端电位高于A端电位. ;若N型单晶中的电子浓度为n，则 (6-20) 式中， 为霍尔系数，它表示材料产生霍尔效应的本领大小； 为霍尔元件的灵敏度，一般来讲，KH愈大愈好，以便获得较大的霍尔电压UH. 对于P型半导体，A侧面电位比B侧面高. 由此可知，根据A、B两端电位的高低，就可以判断半导体材料的导电类型是P型还是N型. ; 高斯计就是利用霍尔效应来测定磁感应强度B值的仪器. 它选定霍尔元件，即KH已确定，保持控制电流I不变，则霍尔电压UH与被测磁感应强度B成正比. 得到磁感应强度B值. 由式(6-20)可得 因此将待测的厚度为d的半导体样品，放在均匀磁场中，通以控制电流I，测出霍尔电压UH，再用高斯计测出磁感应强度B值，就可测定样品的霍尔系数RH. ;6.3 磁介质;6.3.1 磁介质的磁化;一般的磁介质分为两大类：一类是分子中各电子的磁矩不完全抵消而整个分子具有一定的固有磁矩，称为顺磁性物质；一类是分子中各电子的磁矩，完全相互抵消而整个分子不具有固有磁矩，称为抗磁性物质.但这两类物质都是弱磁性物质. 另外还有一类强磁性介质，称做铁磁质，铁、钴、镍及其合金就属于这一类.;2.顺磁质和抗磁质的磁化 对于顺磁质，当介质被引入外场中后，分子磁矩Pm和外磁场B0发生相互作用，从而产生一个磁力矩M＝Pm×B0，在其作用下，各个分子的磁矩将转向外磁场方向. 这样，各分子磁矩将沿外场方向产生一个附加的磁场B′，从而使原磁场加强，这个过程就叫磁化. ;对于抗磁质：设一个电子以角速度为ω、半径为r绕原子核做圆周运动.设电子轨道面与外磁场垂直. 当ω与B同向时，洛伦兹力指向中心，角速度增大了Δω，磁矩 ΔPm与Δω方向相反，如图所示. 这样原来每个分子整体上无固有磁矩的抗磁性物质，在外磁场B中就被