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     

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.     

电源中非静电力的洛伦兹力

一般教材认为导体在磁场中做切割磁感线运动时，金属导体内自由电子在磁场中受到洛伦兹力ｆｍ＝－ｅｖ×Ｂ的作用．于是在导体的一端积累负电荷，另一端积累正电荷，导体中便生产生了感应电动势Ｅ，洛伦兹力是电源的非静力力，正是这个非静电力克服静电力作功将其它形式能...     

CICC导体轧制过程有限元模拟

利用显式动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对CICC导体的轧制过程进行了模拟,得到了导体在不同轧制道次中所需的轧制力以及轧制道次对导体形状和残余应力的影响。轧制力的计算结果与参考的实验数据吻合,能为导体轧制成型设备的研制提供依据。     

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—…     

高频圆电流磁场中导体环所受电磁悬浮力的实验测量

利用扭秤的高灵敏度和稳定性测量了高频圆电流对导体的电磁悬浮力。通过对与高频圆电流同轴细导体环距高频圆电流平面不同高度所受电磁悬浮力的测量，得到了导体环表面单位面积受纵向电磁悬浮力的分布。与理论计算结果进行对比分析，结果表明，在导体环与圆电流平面距离较大时实验曲线与理论曲线相吻合，从而为电磁悬浮实验提供了一种简便而准确的测量手段。     

安培力的冲量公式应用

感应电流通过直导线时,直导线在磁场中要受到安培力的作用,当导线与磁场垂直时,安培力的大小为F=BLI.在时间△t内安培力的冲量F△t=BLI△t=BLq=BL △φ/R式中q是通过导体截面的电荷.在一定条件下,利用该公式解答问题十分简便.     

从能量角度分析电磁感应模型

对中学物理电磁感应问题中比较复杂的模型,其能量转化也相对复杂.如系统中有的导体在克服安培力做功,有的安培力在对导体做功,而又可能涉及其他外力的功,如牵引动力、重力、摩擦力的功等.弄清这些系统的能量转化过程才能深入认识这些模型.     

导体棒在磁场中运动问题归类例析

电磁感应中的力学问题,常以导体棒在磁场中运动的形式出现.导体棒在导电滑轨上运动,切割磁感线,产生感应电动势,使闭合回路中产生感应电流,导体棒受到安培力作用而使运动状态发生变化.因此感应电流与导体棒的加速度是一种相互制约的动态变化关系,最终导体棒达到某种稳定状态.下面结合具体实例对这种问题归类解析.     

CFETR TF高场导体的横向几何特征分析

聚变堆用超导磁体性能衰退与超导丝断裂有关,其宏观表现为股线发生横向位移。对一种高性能CICC导体进行极限电磁性能测试,观测到导体性能发生显著衰退。通过FiJi软件对不同磁场下导体进行横向几何特征分析。结果表明,随磁场增加,洛伦兹力使得股线从低压区向高压区迁移,局部空隙率发生变化,并且整体股线向洛伦兹力方向迁移。     

电磁场中导体的动量问题

对于电磁感应中的闭合回路问题:电磁感应过程中产生感应电流,从而使产生感应电动势的导体受到磁场力作用,继而影响其切割磁感线的速度和加速度,而速度的变化又影响导体中产生的感应电动势和感应电流,于是就形成了一个复杂的动态循环过程;且在这一复杂的动态循环过程中,要涉及闭合电路中各用电器的消耗功率的变化,存在多种形式能量的转化.     

关于安培力的微观机制

在纠正了传统错误以后，若把安培力解释为自由电子对霍尔电场的反作用力，仍然存在一些问题．本文分别讨论了霍尔系数为负值的单价金属导体、霍尔系数为任意值的三种半导体和霍尔系数为零的非单价金属导体中，安培力的经典微观机制．     

电磁感应中导体棒受安培力作用的教学实践

通过对导体棒在电磁感应中受安培力作用的有关习题分析,培养学生领悟物理规律的能力.     

一类变力 两种表现——关于"F=kV"类变力的讨论

在解决物理习题中,经常涉及两类变力:带电粒子垂直于匀强磁场方向运动时受到的洛伦兹力和闭合电路的部分导体在垂直切割磁感线时受到的安培力.这两种变力除了都是磁场力这一性质上的联系外,还具有一个重要的共同点,即力的大小都与速率成正比.     

展示相对性原理和电磁场相对性的一个佳例

以条形磁铁与导体圆环相对运动为例,依据导体圆环产生感应电流这一事实,首先讨论了条形磁铁参考系和导体圆环参考系下电场和磁场的不同.并在条形磁铁参考系下,从产生动生电动势的物理本质洛伦兹力出发,导出了法拉第电磁感应定律.然后,在导体圆环参考系下,由相对性原理直接给出了感生电场性质的数学表述,并深入讨论了电场和磁场的联系.最后,给出了爱因斯坦和费曼对该问题的不同思考并进行了简单分析.     

定量探究安培力的演示平台

通过强力磁铁把磁感应强度提升到10~(-1)T数量级,基于Arduino单片机,运用拉力传感器来精确测量通电导体杆受到的微小安培力,精确度可达到10~(-5)N数量级。在探究安培力与导体杆长度、磁感应强度、电流大小定量关系时,实验误差分别为0.7%、1.9%和4%,并且安培力与各因素间具有良好的线性关系。同时,该装置还能探究安培力的方向,定性分析电流方向与磁感应方向之间的夹角对安培力的影响。该方法在物理教学、学术研究平台、科普展等方面有潜在的应用前景。     

关于洛仑兹力公式的讨论

文[1]指出了对洛仑兹力公式中v存在三种理解:(1)电荷相对于磁场的速度;(2)载流导体中电荷相对于导体的速度;(3)电荷相对于观察者的速度,并通过具体例子说明了第(3)种理解才是正确的.本文拟由洛仑兹力公式形式的不变性,进一步说明v是相对于观察者的速度。进而指出公式中的E和B也是相对于观察者而言的. 设二个惯性系J和S’,S’相对于S沿X轴以u速度运动,如图一所示.在S系中运动电荷q的速度为v,则它在电磁场中受到的洛仑兹力为 如在S’系中来观察,我们要证明它受到的洛仑兹力与(1)式具有相同形式,即 f’=q’E’+q’v’×B’(2)式中各带撇的…     

再论安培力与洛伦兹力的关系

若问安培力和洛伦兹力是什么关系呢?一般都会说:安培力是洛伦兹力的宏观表现.再问:通电金属导体棒所受的安培力就是导体棒内所有运动电荷所受的洛伦兹力吗?都会回答:不一定是.这是根据《电磁学》[1]教科书中的传统的观点做出的回答.笔者发现,普通物理《电磁学》教科书中传统的观点是不正确的,下面谈谈笔者的观点.敬请同行、专家斧正.     

使用CCD测量平行电流间的磁场力

介绍了使用CCD测量平行载流导体间的磁场力的原理和方法。     

圆电流中导体的磁悬浮效应研究

本文基于椭圆积分法计算了圆电流产生的磁场,进而得到了导体在圆电流产生的高频电磁场中受力的解析表达式.结果表明:高频电磁场作用下,趋肤深度内的导体受到强烈的磁悬浮作用.频率越低,磁悬浮力的穿入深度越大,但其数值降低得越快.