《第六章磁场分解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章磁场分解（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章磁场本章要点：掌握：毕奥-沙伐尔定律和几种电流磁场的计算， 以及磁场对电荷或 电流作用力的计算；理解：磁场对载流线圈的作用，以及霍尔效应的概念和应用；了解：人体生物磁现象，以及生物磁场的测定方法。6-1磁感应强度、磁场、磁感应强度1、来源:运动电荷产生。在运动电荷或电流周围空间存在着磁场，电流间(包括运动电荷间)的相互作用是通过磁场来传递的。2、表现：(1) 对运动电荷具有磁力作用(2) 对运动的载流导体作功3、磁场力:实验发现，磁场对运动电荷作用力F有以下规律磁场方向F=0;(2) F q, F v;F与二(即v与磁场方向夹角)有关。F总是垂直v和B组成的平面 4、定义：磁感应强度（矢
2、量）大小：B=Fm/qv方向：右手螺旋法则确定即伸出右手，拇指与其余四指垂直，使四指的指向与 Fm方向相 同，再把四指经小于1800的角转向电荷运动速度 v的方向，这时拇 指的指向即为磁感应强度B方向。单位：1T=104G*有关自然界的一些磁场的 B值：（近似值）地表面的地磁场0.5G人体的生物磁场10-6 10-8G建筑物内电流导线周围5 10-4G一般永久磁铁附近0.40.7T变压器铁芯0.8 1.4T核磁共振成像设备中磁场0.2 2.0T超导电磁铁5 40T二、磁通量 磁场中的高斯定理1、磁感应线（1）概念：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感应强度方向磁感应线密集，磁场就强；稀疏磁场就
3、弱。（2）磁感应线的特性： 磁感应线不会相交； 磁感应线是围绕电流的闭合的曲线（无头无尾），即磁场-涡旋场电场一无旋场2、磁通量：通过磁场中某一曲面的磁感应线的条数。*单位：韦伯（SI制）3、磁场的高斯定理：通过磁场中任意闭合曲面的磁通量必为零，即磁场是无源场，电场是有源场。三、毕奥-沙伐尔定律电流元：Idl4兀 rdB大小：方向：右手螺旋法则确定%为真空磁导率。四、几种电流的磁场1长直电流的磁场B1a*长直电流周围某点磁感应强度的大小:* B的方向：由右手螺旋法则确定Idl，则【推导】：如图，在导线上取电流元方向：右手螺旋法则大小:oI (cos* - cos*)4 二a有限长直线电流的磁场
4、:长直电流:2、圆形电流的磁场01*圆形电流圆心处磁感应强度的大小R* B的方向：用右手螺旋法则确定。【推导】：求在轴线上P点的磁感应强度。取电流元Idl，它在P点的dB的方向、大小:3、长螺线管轴线上的磁场大小： B=a0nI n=N/L方向：右手螺旋法则确定*螺线管轴两端点：B=gnI/2五、安培环路定理1表述：真空中的稳恒磁场，磁强 B沿任一闭合回路的线积分，等 于该闭合回路包围的所有电流强度代数和的 倍。2、电流的符号规定：穿过回路的电流方向与积分回路方向符合右手 螺旋法则时，I取正值；反之I取负。*表征磁场特性的定理1磁场的高斯定理:磁场是非保守场。磁场是无源场。2、磁场的环路定理：
5、6-2磁场对运动电荷的作用一、洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力1、大小： F 二qvBsi2、方向：符合右手螺旋法则。右手四指由v经小于1800的角弯向B,贝卩拇指指向即为电荷 q所受到洛伦兹力的方向。若是-q,则与上述指向相反。3、特点：洛伦兹力与电荷的速度方向垂直，故对运动电荷不做功。二、带电粒子在均匀磁场中的运动1、v与B垂直时：带电粒子在垂直于 B的平面上作匀速圆周运动圆周半径：R - 口qB回旋周期：十2兀mT - qB2、v与B成二角时:带电粒子沿螺旋线向前运动。圆周半径：(v垂直-使粒子在磁场作用下在垂直于 B 的平面上作匀速圆周运动 )回旋周期:螺距:(v 平行 -使粒子保持沿
6、B 方向的匀速直线运动 )3、磁聚焦原理：从磁场中A 点发射一束很窄的带电粒子流 ,它们的速率 v差不多相等，且与 B 的夹角 都很小，故粒子流都从A点出发后，虽然回旋半径不同，但螺距 h接近, 因而又汇聚在一点 A。 应用：在电子显微镜、电视显像管等。三、质谱仪： 把电量相等而质量不同的带电粒子分离的仪器。1、组成： 离子源、速度选择区、匀强磁场区、照片底片。2、原理：(1) 离子源射出电量为 q 而质量不同的正离子。(2) 从狭缝射出速度为v=E/Bs和带电为q的正离子。(该带电粒子受力为零，即 F=qE-qvBs=0,故v=E/Bs)(3) 正离子在垂直 B 的平面上作半径不同的匀速圆周
7、运动。 最后落在 照相底片的不同位置，形成线状条纹，称为质谱。3、应用：主要用于同位素研究。四、霍尔效应1概念：通有电流的导电薄片，放在与片面垂直的磁场中，则导电 薄片的上下表面间会出现电势差 Uab，称为霍尔电势差，这种现象称 为霍尔效应。【解释】当运动电荷受到洛伦兹力与电场力平衡：qvB=qE 而 E=Uab/h又因为l=nqvhd (其中n是载流子数密度)，故得Uab 式中k是仅与导体材料有关的常数，称为霍尔系数。实验表明：霍尔器件是由半导体材料做成。载流子 q0,则 k0, Uab0载流子 q0,则 k0, Uab 1对外加磁场有微弱的加强作用。(2) 抗磁质： 1，对外加磁场有微弱的
8、抵消作用。(3) 铁磁质： ?1,且不是常数。当铁磁质磁化达到饱和时，磁场比原来的外磁场大几十到几千倍。4、介质磁化的解释(1) 顺磁质和抗磁质：(分子固有磁矩)(2) 铁磁质：(磁畴)二、超导体及其抗磁性1、超导电性：指温度小于一定数值时，物质的电阻突然变为零的性 质。具有超导电性的物质叫超导体。2、超导体的主要特性(1) 零电阻率：电阻突然为零的温度叫临界温度，用Tc表示。(2) 迈斯纳效应：处于超导态的超导体具有完全抗磁性，外界磁场不 能渗入超导体内，称为迈斯纳效应。三、超导磁体的优越性1、具强磁场：常用于超导发电机、电机、核磁共振成像装置等。2、可有很高的电流密度。3、稳定性好，均匀度
9、高。6-5 生物磁现象一、人体的磁特性1、机体中的磁场地球表面： B 约 0.5G人体中：B为10-6G10-7G2、人体中生物磁信号的来源(1)生物电荷运动产生的磁信号(2)生物本身磁性材料产生的感应场(3) 侵入人体的磁性物质所产生的剩余磁场(4) 外界刺激下所产生的诱发磁场二、生物磁场的测定 需要高灵敏度的磁强计和良好的磁屏蔽室。 目前常用的是超导量子干涉仪 (又称 SQUID 磁强计 )1 、灵敏度： SQUID 灵敏度可达 10-15T2、结构原理：(a) 核心部分是密封在一个超导屏蔽小盒内的约瑟夫森器件构成 的超导环，它对磁通量的变化非常灵敏。屏蔽密封可避免外磁场的干扰。 3、梯度
10、仪：为了提高抗干扰能力，通常将检测线圈改为梯度仪。(b) 和(c)为一阶微分和二阶微分梯度仪。它是由两个相隔很近的 同样的线圈沿同轴反相串接而成。 当两线圈所在处的磁场不均匀时，梯度仪可灵敏的测出其磁通变化。4、磁屏蔽室：用于把外面强大的噪声磁场屏蔽掉。三、磁诊断技术1、心磁图 (MCG) ：指人体心脏电流产生的磁场随时间的变化曲线。由Baule于63年首次记录到。可用于某些心脏疾病的诊断。2、脑磁图 (MEG) ：指脑部神经元自发、有节律地放电所产生的磁场 随时间变化的曲线。由Cohen于68年首次探测到。60 年代开始，人们实现了对器官磁场如心磁、脑磁、肺磁等的 测量。3、肺磁图 (MPG
11、) ：肺磁场是肺部受强磁污染产生的剩余磁场。肺磁 场随时间变化的曲线，叫肺磁图。由D.cohen于73年首次探测到。可用于早期的病情预防。4、视网膜磁图(MRG):指由视网膜电流产生的视网膜磁场随时间的 变化曲线。用它可以检查眼睛的某些疾病。四、磁场的生物效应：1影响磁场的生物效应的物理因子(1) 磁场的强弱：磁场越强，作用效果越大。(2) 作用时间：作用时间越长，效果越明显，表现出积累效应。(3) 磁场的类型和频率：恒定磁场、脉冲磁场(低频和高频)。磁场的方向2、磁疗：临床应用多，其治疗机制有待探讨。练习题把一无限长的载流直导线弯曲成如图的形状。已知电流为I，圆弧半径为R，=120求该载流导线在圆心 0点的磁感应强度B的大小及方向。第六章作业:4，6，10，12，13，14，18
