电流连续的细导体段模型的磁场及电感

传统的载流细导体段模型是分析导体闭合回路磁场的基本模型,尽管不满足电流连续性定律,但适用于导体闭合回路的磁场分析.然而,对于工程中只关注导体闭合回路中某一局部的多分支导体段并联的电流分配问题,传统模型将不能完整地反映各分支导体段之间磁场的相互作用.为此,现有文献提出的位移电流模型,满足了电流连续性定律,较好地解决了上述问题,但是,仍然存在理论不完整、不自洽以及计算公式复杂等问题.本文提出载流细导体段的传导电流模型,确保了载流细导体段在段内、段端及段外的电流连续性.推导出物理内涵更加深刻的总磁场微分方程和矢量磁位计算公式.提出载流细导体段传导电流模型磁场能量和电感的计算公式,极大地降低了计算复杂度,弥补了现有文献的不足.本文算例从模型、公式、计算等方面验证了本文理论和计算公式的正确性.     

量子霍耳效应发现十周年

 霍耳效应是1879年美国物理学家霍耳研究载流导体在磁场中导电的性质时发现的一种电磁效应.他在长方形导体薄片上通以电流,沿电流的垂直方向加磁场(如图1),发现在与电流和磁场两者垂直的两侧面产生了电位差.后来这个效应广泛应用于半导体研究.一百年过去了.1980年一种新的霍耳效应又被发现.这就是德国物理学家冯·克利青从金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)发现的量子霍耳效应.     

矩形与圆形截面载流平行双导体间安培力研究

截面形状不同的载流导体在空间中的磁场分布以及对其他导体的安培力,在实际工程应用中有重要意义.本文从理论上分析计算无限长矩形截面和圆形截面载流导体磁场分布,进而对两根平行的矩形截面导体间、圆形截面导体间的安培力进行分析,并利用Matlab软件对磁场分布和安培力做了模拟.结果表明:矩形截面载流导体的磁感线呈近似椭圆状;两平行矩形截面载流导体间的安培力不仅与距离、截面尺寸有关,当距离、截面尺寸一定时还和放置的方向有关.当边长比a/b1时,安培力小于同样面积和载流密度情况下的圆截面导体,且a/b值越小,作用力越大,当a/b1时,大于同样载流情况下的圆截面导体,但随着导体间距增大作用力的差别越来越小.     

载流导体中电荷分布问题的讨论——一个由霍尔效应引起的教学案例

讨论恒定载流导体内的电荷分布问题.从霍尔效应出发,以无限长圆柱形载流导体为例,导出该导体内的电荷分布,并且给出任意形状的载流导体内的电荷密度公式.     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中,我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究,内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等.结果表明,对多层螺旋导体结构的超导电缆,影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应.由于其零电阻特性,在相同的结构中,超导体表现出比常规导体大得多的临近效应.显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂.此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力,能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流,并且有很好的超导性能恢复能力.由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感,所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生.     

轴向载流圆台导体电阻的讨论

对轴向载流圆台导体电阻的计算结果作了修正，讨论关于大块导体的电阻的概念，指出在圆台导体两底面半径之差远小于导体长度时，电阻值才为常见的计算值。     

载有稳恒电流圆柱形导体内外的电场分布

当一根又长又直半径为R的圆柱形导体通以稳恒电流I时(图一),一般的电磁学教科书都讨论了导体内外的磁场分布和导体内轴向电场分量(导体内电流方向和这个轴向电场分量的方向是一致的).但是,它们往往没有讨论在导体的径向方向是否存在着电场?本文将对这个问题以及导体外的电场分布作简要的讨论,供教学上参考. 首先要指出的是,在导体内部存在着径向方向的电场分量.由安培环路定理可知,导体内部的环向磁感应强度为:其中r为导体内某点至导体轴的垂直距离,J(r)为导体内电流密度矢量.导体内电子在这个磁场作用下受到一个洛仑兹力的作用(图二) j—…     

谁教谁

学生常常反映说:“按规定,左手定则是应用在电动机里,右手定则是应用在发电机里。可是,真的用起来,该用那只手记不清,乱得很!”怎么办?学生的问题,做老师的当然要帮助解决。经过几次思考,我想出采用“字形记忆”的办法:“左”字下方是“工”,它象电池符号,中间加上一根导线,有电池、有导线,就可能有电流。由此,记住:左手定则是应用于判定通有电流的导体在磁场中的受力方向。“右”字下方是“口”,它象一个闭合导体。由此,记住:右手定则是应用于判定闭合导体在磁场中运动时,感生电流的方向。     

趋肤效应的一种解释

福里斯、季莫列娃的《普通物理学》对趋肤效应的解释是不正确的.如图1所示:i表示通过导体的交变电流.ib表示如图所示的闭合回路里的感应电流.图1中所表示的是交变电流i正在增长时的情况.结果,在导体中心处i和ib这两个电流方向相反,电流被减弱.在导体表面处两个电流方向相同,电流得到加强.表面处的电流大于中心处的电流. 按照这种解释,则当导体中的交变电流i衰减时,导体中心处的电流将得到加强,而表面处的电流将被减弱.这样,在交变电流的一个全周期内,无论在导体的表面或中心,电流加强和减弱的机会均等,效果相同,也就无所谓趋肤了.可见福里斯…     

浅议安培力与洛伦兹力

关于安培力与洛伦兹力,现行中专物理教材提到:“(磁场)作用在通电导线上的安培力,只不过是作用在运动电荷上的力(洛伦兹力)的宏观表现”.高级中学课本《物理》甲种本上说“安培力可以看成是这一段通电导体中所有定向运动的电荷所受洛伦兹力的总和”.那么定向运动的电子所受到的洛伦兹力是怎样成为载流导体的安培力的?本文就此问题谈谈自己的一点看法. 1 磁场中静止的载流导体如图所示的载流导体,电流强度为I,处在方向向左的匀强磁场B中,因为载流导体中每个定向运动的电子,都要受到一个洛伦兹力f_L的作用,其大小F_L=evB,方向沿 Z,这导致导体A侧出现负电荷的堆积,B侧出现正电荷的堆积,结果在载流导体上下两侧产生一个U_(BA)的电位差,形成一个沿 Z的横向电场E,故每个定向运动的电子受到一个沿—Z     

对静电与静磁系统虚功原理的几点说明

静电系统与静磁系统是处于平衡状态的系统，各带电体或载流导体间存在相互作用力，将静力学的虚功原理推广到这些系统，并用来求系统内部的相互作用力，有时是很方便的．本文对静电与静磁系统的虚功原理及其应用作几点说明．     

圆形载流导线空间非近轴磁场分布解析解

在物理学实验研究及功能材料科研领域,分析感应电炉特性、电磁悬浮冶炼、区熔提纯熔点高、活性强、易与坩埚起反应的稀土材料的稳定性,圆形载流导线空间磁场的计算与分析有重要的实际意义.在电磁学及电动力学中讨论圆形载流导体产生的磁场时,通常只给出圆电流中心或轴线上的磁感强度[1,2].对非近轴磁场的计算相对繁难,需要借助圆电流轴外场涉及椭圆积分等较复杂的数学计算,难以得到较准确的解析解.     

霍耳效应与霍耳元件

霍耳元件是直接利用霍耳效应制成的器件，具有尺寸小、外围电路简单、频响宽、动态特性好、使用寿命长等特点，因此广泛应用于测量、自动控制及信息处理等领域、本文利用物理学理论．分析、介绍霍耳效应原理、霍耳元件及其典型应用，使物理学理论与技术有机结合． 一、霍耳效应 将静止的载流导体（多为半导体）置入磁场中，当导体的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势（电压），这种现象称霍耳效应． 为便于阐述，用ＵＨ表示霍耳电压，ｎ表示（半）导体的载流子（电子、空穴）密度，ｑ表…     

新型高温超导复合导体的磁场仿真与实验分析

针对兆伏安级容量的超导变压器,通过绕组初步设计,考虑导体的电流密度、载流量和交流损耗,提出面向大容量超导变压器应用的新型超导复合导体结构,介绍了含内外超导层的新型高温超导复合导体的结构。引入电流矢量T和磁矢量势A的方法,考虑临界电流密度J_c和磁场B的关系,建立了导体不对称三维数值载流模型,计算分析了不同结构参数对导体临界电流的影响规律。通过绕制的新型高温超导复合导体短样,在液氮环境下对其自场临界电流进行了测量,计算结果和实验结果基本吻合,验证了模型的合理性。     

用右手螺旋定则代替左、右手定则

判断通电导线在磁场中所受磁场力方向的左手定则；判断导体切割磁感线时，导体中产生的感应电流的方向（感应电动势方向）的右手定则是电磁学中两个非常重要的定则．容易出错、混淆．用右手螺旋定则代替左手定则和右手定则，学生反映容易记、容易掌握．教学效果好．现就用...     

多层导体超导电缆的交流输电特性

在完成设计和制造我国第一组并网运行的超导电缆系统的工作中，我们对不同结构的超导电缆短样样品的交流载流特性进行了系统的研究，内容包括层电流均流特性、电缆失超特性、失超恢复特性、电缆载流能力和抗短路冲击能力等．结果表明，对多层螺旋导体结构的超导电缆，影响其输运电流在各导体层分布的主要因素是邻近效应．由于其零电阻特性，在相同的结构中，超导体表现出比常规导体大得多的临近效应．显著的邻近效应使多层导体结构的超导电缆的均流问题变得更加复杂．此类超导电缆有很强的抗短路电流冲击能力，能够承受高于额定电流20倍以上的短路电流，并且有很好的超导性能恢复能力．由于交流超导电缆的电压与电流相位差对电阻的变化非常敏感，所以可以被用作判断失超的预警参数用来避免热溃式失超的发生．     

高温超导电缆导体层电流分布研究

通过建立高温超导电缆等效电路模型,并提出电流分布等效数学方程,求得高温超导电缆导体层电流分布。绕制一根0.2m长110kV/2kA高温超导电缆样缆,并进行载流能力实验,得到各层电流分布结果。分析发现,各层电流分布的实验结果与理论计算结果吻合,从而验证电流分布计算模型的正确性,以及调整绕制角度对均匀层间分流的有效性。研究结论对以后更长高温超导电缆的载流能力分析具有一定的指导意义。     

从反常霍尔效应到量子反常霍尔效应

 美国物理学家霍尔 (Edwin H.Hall) 在1879 年发现,当电流垂直于外磁场通过导体时,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个边界之间会出现电势差(图1)。这个现象被称作霍尔效应。在当时要理解这一重要的现象还非常困难,因为电子的概念在18年后才被提出来。     

Bi-2212超导线材研究进展

Bi-2212高温超导材料在高磁场中具有优异的磁场载流能力,可制备成各向同性圆线,可以绞制成大电流的电缆导体,是大型强磁场磁体的首选材料之一.经过30多年的发展,Bi-2212超导线材的临界工程电流密度(JE)也已达到工程应用要求.综述了国内外近年来Bi-2212超导材料在载流性能、绝缘、内插线圈和热处理等方面的研究进...     

铝、碳共掺提高MgB_2临界电流密度

本文研究了在MgBq超导体中Al,C及两种元素共同掺杂时对样品的超导转变温度,不可逆场和临界电流的影响.研究发现,少量的铝掺杂可以提高MgB2超导材料在低场下的临界电流密度,但由于对Tc的抑制而降低其在高场下的载流能力,而碳掺杂则可以有效提高MgB2超导材料的上临界场和不可逆场,从而达到改善其在高场下的载流能力的目的.研究发现,在0-7T外磁场范围内,1%铝和1%碳共同掺杂的样品表现出最佳的载流性能.钉扎力曲线的分析也应证了这一结果.