什么是霍耳效应呢?所谓霍耳效应是指在导体板中通有电流时,在垂直于磁场和电流方向的导体板的横向两个侧面会出现一定的电势差,这种现象称之为霍耳效应,相应电势差求解公式:
霍耳效应的现象可以通过洛仑兹力来解释,详细解释见257页,因为本次串讲主要针对考试,所以其解释部分留给同学阅读详见257—258页。
以上我们介绍了将具有磁性的物体如通电线or运动电荷放在磁场中,受到磁场的作用,那么我们不禁可以想想,如果我将一个不具有磁性或者至少不表现出任何磁性的物体放在磁场中会发生什么情况呢?一般来讲,将一物质放在磁场中,由于物质中所具有运动电荷会受到磁场力的作用而使物体处于一种特殊状态我们称之为极化,根据物质极化程度将物质分为顺磁质;抗磁质;铁磁质;顺磁质表现为磁化后产生附加磁场与外加磁场方向一致,使介质中磁场加强,抗磁质磁化后形成附加磁场与原磁场方向相反,使介质中磁场减弱,铁磁质特点同顺磁质近似,但介质中的磁场和顺磁质相比显著加强,为强磁性物质,上述表明不同物质放入磁场中后磁化程度不同,为什么呢?也就是磁化的机理是什么呢?
对于抗磁性顺磁性来讲,这主要和分子电流及它的分子磁矩有关,对于铁磁性材料来讲,其磁化机理主要和磁畴有关。
好了,关于磁学的基础知识就讲解完了,听懂得了么?如果没有听太清楚,请重听一遍,学习物理一定要边学边想,不能像学习文科那样,尽去背诵,一定要明白,尤其物理涉及的物理量较多,它定义也较多,背是背不过来,一定要明白,OK?
第七章的内容是电磁感应和电磁场,实质上就是讲电场和磁场之间的关系,可能你会说二者之间的关系不是上一章介绍过了么?电流可以在其周围形成磁场,是的,不错,这是电和磁的关系的一个方面,那么反过来我问你如果磁场是变化的,会不会形成电流呢?这就是这一章要告诉你的。
首先看什么是电磁感应呢?请打开教材看277页图7-1
准备好了么?图7-1中左侧是一个线路带电源说明K闭合后能产生电流,右侧是一个闭合线路,没有电源但有小磁针,线圈A与B同在铁环上没有接触,当K 关闭,打开时,线圈A、B虽没有接触,但B中确有电流产生也就是A通过线圈可以在B中感应出电流,这个现象就是电磁感应,为什么会这样呢?
这是因为A线圈通电的时候,会产生磁场,该磁场会影响B线圈中磁通量,由于B圈中磁通量的改变所以在B中生成电流,实质是磁的改变可以形成电,那么所形成的电流大小和方向如何确定呢?
这是楞次定律和法拉弟电磁感应定律解决的。
楞次定律确定感生电流的方向,法拉弟感应定律确定电动势大小进而确定感生电流的大小。
楞次定律:闭合回路中感应电流的方向总是使得由它们所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
也就是说,假设处在磁场中的闭合回路,通过该闭合路的磁通量如果减少,这种改变导致的感生电流的磁场的方向应该阻碍这种减少。
法拉弟电磁感应定律:任一给定回路中的感应电动势的大小与穿过回路所围面积的磁通量变化率 成正比
闭合回路中磁场变化可以有两种情况,一种是磁场本身没有变化,而是导致闭合回路或回路上一部分导体在磁场中移动导致闭合回路磁通量变化,如284页图7-6,ab杆向左右滑动,闭合路就会有磁通量改变。
另一种情况正好相反,闭合回路没有变化,但是磁场发生变化。
前者产生的电动势叫动生电动势,后者为感生电动势。
对于动生电动势
为 和 角度关于动生电动势,强调几点
①导体要切割磁力线。
②在磁场中任一段导体上都可形成动生电动势,不一定要求导体必须是闭合回路。
③感应电动势的电能是由外力作功所消耗的机械能转换而来的。
感生电动势的计算,因为它是和磁场的变化有关,所以下面我们介绍这一章的第二部分内容,自感和互感以及磁场能量。
什么是互感呢?想像一下有两个线圈相邻,假设两个线圈中都通有随时间变化的电流,我们取其中一个分析,由于电流可以形成磁场,电流变化磁场也变化,又由于另一线圈在附近,那么这种磁场变化会影响另一线圈并在其中形成感生电流,同样另一线圈也会对该线圈产生相同的作用,这种现象就是互感现象。
和互感相关的一个重要物理量:互感系数,互感系数实质是一个回路的电流为1A时在另一个回路中的全磁通。
互感现象,看图7-17
电路闭合时,L线圈因为通电电流产生磁场而磁通量改变,形成感生电流,导致 灯亮度大于 ,当电路断开时(看298页图7-18)线圈L中同样因磁通量变化而形成电动势,使S不立即熄灭。
这就是自感现象。
自感系数在数值上等于线圈中的电流为1A时通过线圈自身的全磁通。
上述自感现象中S不立即熄灭,说明线圈给它提供了电能量,这个能量是以磁能的形式储存在线圈中的,其大小
前面电学中我们讲过电容器是储存电荷的器件,它具有一定能量,以电场能的形式贮存,上面的自感现象,表明磁场也是能量载体,磁场具有能量对于长直螺线管中磁场的能量:
该公式对一般非均匀磁场也是适用的
关于第5节麦克斯韦电磁场理论简介,请大家阅读教材,有兴趣同学请听精讲课件,注意:要了解本节位移电流概念,P306.
以上我们介绍了磁场相关的知识,下面我们介绍本章磁学的最后一个理论:磁介质条件下的安培环路定理。
在电学那一章,我们介绍过安培环路定理,你们还记得么?不记得说明你不是很用功啊!记得,那很好,在草纸上写一下?
静电场的环路安培定理是指静电场强的环流恒等于零。
上式如果将 用磁场 替代,就涉及一个问题
是否也为零呢?
实际情况表明:
上述积分不为零,而是满足
H称为磁场强度矢量
上述式子表达的物理意义:
磁感应强度矢量沿任一闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和,这就是有介质时的安培环路定理。
传导电流就是电荷定向移动时形成的电流之所以称之为传导电流,为的是和磁化过程中在磁介质中形成的磁化电流也就是束缚电流相区分,因为磁化电流是不能导出的,关于磁化电流是教材262页,一般了解。