从简单模型入手探究陀螺仪在磁场中的减速问题

2019年中国大学生物理学术竞赛中,非铁磁性导体材料制的陀螺仪在磁场中减速问题的研究没有限定任何具体参数,不易根据麦克斯韦方程得到全面统一的答案.本文从无限长导体圆柱模型入手,通过合理的近似,推导得到了陀螺仪转轴与磁场方向垂直和平行两种条件下,电磁阻力矩与磁感应强度、角速度、电导率等参数依赖关系的表达式,进而给出了磁场...     

中心对称的阻挫磁体中斯格明子直径的调节

在带有垂直各向异性的二维三角晶格磁体中,当同时存在最近邻铁磁性和第三近邻反铁磁性交换作用时,垂直于膜面施加外磁场会使体系内自旋沿着非共面的方向排列,甚至出现拓扑稳定的斯格明子自旋结构.基于蒙特卡罗模拟方法,本文研究了在该二维阻挫磁体中,竞争性交换作用和外磁场对斯格明子直径的影响.与常规非中心对称的手性磁体中的斯格明子性质类似,外磁场会磁化斯格明子外围自旋而减小斯格明子直径.但是,磁体中反铁磁性交换作用的增强会整体压缩斯格明子.本文结合自旋波理论和蒙特卡罗模拟,首次量化了此类阻挫磁体中斯格明子的直径.结果表明:在弱的反铁磁性交换作用磁体中,斯格明子直径随磁场增大而快速线性减小;随着反铁磁性交换作用的增大,斯格明子直径随外磁场增大的减小变得相对平缓,但在强磁场下也会造成斯格明子直径的加速减小;随着反铁磁性交换作用的增强,斯格明子在不同外磁场下的直径的最大值和中值均从逐渐减小到渐趋稳定,而直径的最小值则从快速减小到表现出很大的涨落.这些现象都可以通过分析斯格明子在不同交换作用和外磁场下的构型和磁能变化加以解释.该项工作阐明了在中心对称的阻挫磁体中斯格明子直径的可调节性,不仅完善了我们对斯格明子本身物理机理的认识,同时也为发展基于斯格明子的新一代存储和逻辑器件提供了理论支撑.     

人们对“单极感应”的认识

一、引言 古典形式的“单极感应”是指一沿对称轴方向磁化的金属导体磁体绕其对称轴旋转(图1),而在通过金属电刷A、B连接的外电路与导体磁体构成的回路中产生稳恒电流的一种电现象.所用对称形磁体可以是圆柱形、圆盘形,也可以是圆锥形或其它轴对称形的金属导体.通常也称这些形状的金属导体(非磁化)在均匀磁场中绕其对称轴(对称轴沿外磁场方向放置)转动、而在回路中产生稳恒电流的现象为“单极感应”.之所以称为“单极”是由于只有永久磁体两极中的一极与外电路(见图1)相接的缘故.Web的这一命名虽然欠妥,但是由于历史及习惯的原因,一直沿用…     

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...     

非闭合导体回路电磁感应现象形成机制的探讨

很多教材只讨论闭合导体回路的电磁感应现象, 事实上非闭合导体中也会产生感应电流. 大块导体即 使外形上不闭合, 但当周围磁场发生变化时, 导体内部带电粒子也会在涡旋电场作用下形成涡流. 本文利用涡流的 形成及其磁效应原理对楞次定律演示环及楞次定律演示仪的实验现象进行解释推理     

转动导体中的电荷分布

一、前言 在静止条件下,某孤立导体上的电荷将会在导体表面自动分布,以使它在导体内产生的电场为零,这是静电学中的一个基本结论.如果让导体转动,则应预期由于对传导电子的离心作用以及因电荷运动而产生的磁场,将会引起电有在导体中重新分布,并且导体中还会出现空间电荷. 我们将考虑下面的问题.让带有一个净电荷的某孤立导体具有一恒定的角速度.在稳定条件下,找出导体中的电荷分布和电磁场. 我们还未看到处理这个问题的文章,但有人考虑过三类与之有关的问题,而且都涉及转动体的电磁场理论. 首先,单极感应的问题已在本世纪的前二十年中研究过…     

对"均匀磁场中转动的导体上电荷的分布"一文的商榷

<大学物理>1999年第1期中的一篇文章"均匀磁场中转动的导体上电荷的分布"给出了在均匀磁场中转动的轴对称导体产生的磁场的精确解和略去附加磁场后导体球上的电荷分布. 求解电荷分布的方法是巧妙的,在求解磁场分布之前曾用反证法证明了导体内电场的等势面是与导体共轴的柱面这样一个命题,并依此命题为基础求出了导体内磁场的精确解,因此该命题是否成立关系到所求的磁场精确解是否正确的问题.证明时原文使用了"设为a (见图1),则在x轴的球内一段上会有一些点的电势相等"这样一个关键判断,本文认为此判断令读者费解.     

CICC导体交流损耗数字模拟研究

C ICC超导体是大型低温超导磁体的首选导体,它运行在大电流和磁场快速变化的环境中,磁通进出超导体以及外界磁场的变化会产生交流损耗,而交流损耗对C ICC超导体稳定性运行有很大的影响,这样开展C ICC超导体交流损耗的研究就显得非常重要。因此,文中针对C ICC导体运行条件和几何结构,提出交流损耗数字模拟的想法,并将数字模拟结果与工程计算值进行了比较和分析,二者基本吻合。     

光在介质中的折射

研究了光的磁场在光与介质相互作用中的行为,建立了电子云导体模型,即介质中一个电子的电子云可以看作是一个微小导体,光变化的磁场与电子云导体间的电磁感应作用导致光与电子云导体之间的能量交换。光在介质中速度减慢起因于这种能量交换。应用电子云导体模型和能量守恒原理,导出了介质折射率表达式,并利用这个表达式计算了几种介质的折射率,计算结果与实测值符合得很好。解释了折射率的各向异性,以及静电场或静磁场对介质折射率的影响。     

感生电场与动生电场的等效性探究

本文认为在感生电场的情况下,磁场的强弱变化可以引起磁场自身的横向运动,使得线圈中电子相对于磁场发生运动,从而等效为一个动生电场,受到洛伦兹力的作用.借助磁感线模拟磁场的运动方式,得到圆形回路中任意一点与磁场相对运动速度的表达式,进而推得该＂等效动生电场＂中的洛伦兹力.以螺线管为例,验证该方法可以解释感生电场所满足的规律.将感生电场与动生电场的产生原因统一为导体中电子与磁场的相对运动,相应电动势的非静电力统一为洛伦兹力.     

损耗对CICC导体设计影响的模拟研究

聚变装置上低温超导磁体的管内电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)运行在大电流和快速变化磁场环境中,导体的合理设计是其能否稳定运行的关键。由于工程上CICC导体的设计是一个多次尝试和优化的过程,为此提出了基于稳定性和损耗机理的导体设计思想;推导了关于CICC导体结构参数矩阵方程;建立了导体数值仿真的基本设计模型。同时进行了导体的模拟设计,并将仿真设计结构与工程设计情况进行了比较和分析,结果证明二者吻合的较好。     

关于圆盘状物体的几个物理量的计算

在大学物理教学中,关于圆盘状物体的物理量有很多,如电学中带电圆环、带电圆盘,其周围空间产生的电场强度和电势怎样计算？关于铜质圆盘状物体在磁场中转动时产生的电动势的计算问题等;力学中圆盘的转动惯量、椭圆盘的转动惯量,圆盘状物体转动时的摩擦力矩问题、驱动力做功问题等.本文将对这些物理量进行分析,并找出一些共同的规律和特点,将其归纳总结,计算所需要的物理量.     

引导磁场下磁性药物靶向治疗的理论分析

应用电磁场理论，对引导磁场下铁磁性“药物”颗粒在靶向治疗中的受力和运动轨迹进行了分析和研究.得到了磁场、血流和血管壁对铁磁性“药物”颗粒的作用及运动规律.给出了铁磁性“药物”在靶向治疗中可采用的一种新方法——利用体外磁激励装置产生的变化磁场来实现铁磁性“药物”靶向治疗，还给出了采用这种方法实现靶向治疗的条件. 关键词： 磁性药物 靶向治疗 血流动力学 引导磁场     

导体细线圈在均匀磁场中的自感现象

利用法拉第电磁感应定律和基尔霍夫第二定律,求解了随时间变化的均匀磁场中静止和旋转的导体细线圈上的感应电动势和感应电流.发现对于静止的导体细线圈,在每个周期内,有两次时间间隔,感应电动势与感应电流反向,并且有两次时间间隔,楞次定律不成立.随着磁场变化的圆频率趋向无穷大,感应电动势的峰值趋向无穷大,而感应电流的峰值趋向一个常数.只有忽略自感,线圈上的感应电动势和感应电流才会满足欧姆定律.最后,分析了导体细线圈所围平面的磁场分布和线圈自感系数.     

圆柱形导体在均匀磁场中运动时的电荷分布

以圆柱形导体为例,介绍导体在均匀磁场中匀速运动时电荷分布的求解方法。计算结果表明:在均匀磁场中作垂直切割磁力线匀速运动的圆柱形导体,其电荷既分布在两底面,也分布在侧面,而且侧面电荷较多。对于细长的圆柱形导线,其侧面的电荷面密度几乎与导线中点的距离成正比。     

均匀磁场中转动的导体上电荷的分布

指出了在均匀磁场中运动的轴对称导体上分布的电荷所产生的附加磁场是很弱的,在忽略附加磁场时导体内的电荷是均匀分布的,并求出导体球上电荷分布。     

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—…     

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.     

高温超导体磁通钉扎和磁通动力学研究简介

ψ=ψ0eiφ行为用统一的波函数进行描述,其相位φ在宏观尺度上是相同的.当磁场低于一定值的时候,在超Φ0=h/2e保证最大的界面面积,降低系统能量.该最小的磁通束被称为磁通量子,其磁通量是(h为普朗克超导态是一个宏观量子相干态,其载流子是库珀对.在没有外加磁场和电流的时候,这些库珀对的运动导体的边界处穿透深度内会出现一...     

新书推荐

正内容简介:本书是朗道-栗弗席兹十卷本名著《理论物理学教程》的第八卷,也是该教程中朗道生前参与撰写的最后一卷。系统阐述了连续介质的电磁场理论以及物质宏观电学和磁学性质的理论。内容包括导体和介电体的静电学、恒定电流、静磁场、铁磁性与反铁磁性、超导电性、准静态电磁场、磁流体动力学、介质内的电磁波及其传播规律、空间色散、非线性光学等。可作为理论物理专业的研究生和高年级本科生教学参考书,也可供科研人员和教师参考。