浅谈安培力的性质
安培力的原理和应用
安培力的原理和应用
1. 安培力的概述
安培力是指在电流通过导线时,由于导线周围存在磁场而对导线产生的力。安
培力是电磁感应现象的一种表现,它是由安培定律所描述。安培力在电磁学和电子工程中具有重要的应用。
2. 安培力的原理
安培力的产生是基于安培定律,即当电流通过导线时,会在导线周围产生磁场,而这个磁场会在导线上产生一个力。安培定律可以用数学公式表示为:
$$ F = BIL \\sin(\\theta) $$
其中,F是安培力的大小,B是磁场强度,I是电流强度,L是导线长度,θ是
磁场与导线方向的夹角。根据安培定律,当电流方向与磁场方向垂直时,安培力达到最大值;当电流方向与磁场方向平行时,安培力为零。
3. 安培力的应用
3.1 电磁铁
电磁铁是一种利用安培力原理制作的设备。它由一个铁芯、绕线和电源组成。
当电流通过绕线时,会在铁芯上产生一个磁场,并因此产生安培力。这样,电磁铁就可以吸引铁磁材料。电磁铁广泛应用于工业、交通、医疗等领域,如起重机、磁悬浮列车和磁共振成像设备等。
3.2 电动机
电动机是一种将电能转化为机械能的设备,其中就用到了安培力。电动机的核
心部件是绕组和磁场,当电流通过绕组时,会在磁场中产生安培力,从而实现电转机械运动。电动机广泛应用于电力工业、交通运输、家电等领域,如电动汽车、洗衣机和电风扇等。
3.3 电子磁铁
电子磁铁是一种小型的电磁铁,常用于科学实验和精密仪器中。由于电子磁铁
体积小、重量轻,并能够实现快速开关和控制,因此在一些特殊的应用中有广泛的需求。电子磁铁的制造和使用,都离不开对安培力原理的深入理解。
高二物理探究安培力
图 3-3-5
A.加水平向右的磁场
B.加水平向左的磁场
C.加垂直纸面向里的磁场
D.加垂直纸面向外的磁场
解析:要使绳子的拉力变为零,加上磁场后,应使导线所受安 培力等于导线的重力,由左手定则可判断,所加磁场方向应垂 直纸面向里,导线所受安培力向上. 答案:C
安培力的大小计算
一、对安培力公式的理解 (1)通电导线与磁场方向垂直时,F=BIL. (2)B 对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度. (3)导线 L 所处的磁场应为匀强磁场;在非匀强磁场中,公式 F =BILsinθ 仅适用于很短的通电导线(直线电流元).
【思考】 磁感应强度是描述磁场力的性质的物理量,它和描 述静电力的性质的物理量电场强度在定义方法和测定上有何 异同? 答案:相同点是都用比值法定义,且反映的是场中某点的性质, 不同点是电场用点电荷测定,磁场用电流元测定,且它们反映 出的力的性质也不同.
基础自测
1.下列说法中正确的是( ) A.电荷在某处不受静电力的作用,则该处的电场强度为零 B.一小段通电导线在某处不受磁场力的作用,则该处的磁感 应强度一定为零 C.把一个试探电荷放在电场中的某点,它受到的静电力与所 带电荷量的比值表示该点电场的强弱 D.把一小段通电导线放在磁场中某处,它受到的磁场力与该 小段通电导线的长度和电流的乘积的比值表示该处磁场的强 弱
力跟电流 I 和导线长度 L 的乘积 IL 的 比值 叫磁感应强
安培力ppt
均匀电流的安培力公式
总结词
均匀电流的安培力公式是用来计算均匀电流在磁场中所受的安培力的重要公 式。
详细描述
均匀电流的安培力公式为F=ILB,其中F表示安培力,I表示电流强度,L表示 导线长度,B表示磁感应强度。此公式适用于无限长导线处于匀强磁场中时的 情况。
03
安培力的应用
通电导线的相互作用
平行导线通电后相互作用
THANKS
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负载与转速
直流电机的转速受负载影响,负 载增加会导致转速下降,反之亦 然。
交流电机的应用
交流电机的种类
交流电机根据用途可分为工业 电机、家用电器电机和特种电
机等。
工作原理
交流电机通过定子线圈的交流 电流产生旋转磁场,与转子磁 铁相互作用产生安培力,驱动
转子旋转。
能耗与效率
交流电机的能耗与工作负载、 转速以及电机效率等因素有关
详细描述
直线电流的安培力公式为F=ILBsin(θ),其中F表示安培力,I 表示电流强度,L表示导线长度,B表示磁感应强度,θ表示导 线与磁场方向的夹角。当导线与磁场方向垂直时,安培力最 大。
环形电流的安培力公式
总结词
环形电流的安培力公式是用来计算环形电流在磁场中所受的安培力的重要公式。
详细描述
环形电流的安培力公式为F=2πrILBsin(θ),其中F表示安培力,I表示电流强度,L 表示导线长度,B表示磁感应强度,θ表示导线与磁场方向的夹角,r表示导线的 半径。当导线与磁场方向垂直时,安培力最大。
安培力与电流的关系
安培力与电流的关系
电流是电荷在导体中的流动,安培力则是导体中的电流所受到的力。安培力与电流之间存在一定的关系,本文将对安培力与电流的关系进
行探讨。
一、安培力的定义和性质
安培力是指导体中的电流所受到的力,其大小与电流的大小相关。
根据安培力的定义可知,只有当电流在磁场中流动时,电流才会受到
安培力的作用。安培力的方向垂直于电流方向和磁场方向,并且符合
右手法则。
安培力的大小可以通过安培力公式来计算,即F = BIL,其中F为
安培力的大小,B为磁感应强度,I为电流的大小,L为导体长度。从
公式可知,安培力与电流成正比,即电流越大,安培力越大;同时,
安培力与磁感应强度和导体长度也成正比。这表明在相同磁场中,电
流越大、导体越长,安培力越大。
二、电流对安培力的影响
1. 电流大小的影响
根据安培力公式可知,电流越大,安培力越大。这是因为电流大小
直接决定了单位时间内通过导体的电荷量,而安培力正比于电流的大小。
2. 电流方向的影响
安培力的方向与电流方向和磁场方向垂直,符合右手法则。当电流
方向改变时,安培力的方向也会相应改变。对于相同的电流强度和磁
场方向,电流方向相反将导致安培力方向相反。
3. 导线形状的影响
安培力的大小受到导体长度的影响。当导体长度增加时,安培力也
会相应增加。这是因为在相同磁场中,较长的导体具有更多的电流通过,因此受到的安培力也更大。
三、安培力对电流的影响
除了电流对安培力产生影响外,安培力本身也可以对电流产生影响。安培力可以改变电流的方向和路径。
1. 安培力对电流方向的影响
根据电磁感应现象,电流在磁场中受到的安培力可以改变电流的方向。当导体中的电流与磁场方向相反时,安培力会使电流改变方向。
安培力
应该注意,当电流方向与磁场方向相同或相反时,即α=0或π时,电流不受磁场力作用。当电流方向与磁场 方向垂直时,电流受的安培力最大为F=BIL。B是磁感应强度,I是电流强度,L是导线垂直于磁感线的长度。
在狭义相对论中,安培力与带电粒子的洛伦兹力之间有一定的联系。
简介
ห้องสมุดไป่ตู้
分析
受力方向
磁场对电流的作用力通常称为安培力,为纪念法国物理学家安培研究磁场对电流的作用力的杰出的贡献。
通电导线在磁场中受到的作用力。电流为I、长为L的直导线。在匀强磁场B中受到的安培力大小为:
F=ILBsinα,其中α为(I,B),是电流方向与磁场方向间的夹角。
安培力
通电导线在磁场中受到的作用力
01 简介
目录
02 意义
安培力(Ampere's force)是通电导线在磁场中受到的作用力。由法国物理学家A·安培首先通过实验确定。 可表述为:以电流强度为I的长度为L的直导线,置于磁感应强度为B的均匀外磁场中,则导线受到的安培力的大 小为f=IBLsinα,式中α为导线中的电流方向与B方向之间的夹角,f、L、I及B的单位分别为N、m、A及T。安培 力的方向垂直于由通电导线和磁场方向所确定的平面,且I、B与F三者的方向间由左手定则判定。任意形状导线 在均匀磁场中受到的安培力,可看作无限多直线电流元IΔL在磁场中受到的安培力的矢量和。
高二物理安培力知识点
高二物理安培力知识点
安培力(Ampere Force),又称真空中的洛伦兹力(Lorentz Force),是指一个电荷在磁场中所受到的力。在高二物理学习中,我们需要了解并掌握安培力的计算方法、性质以及与电流、磁场
等相关的知识点。本文将为大家介绍高二物理中与安培力相关的
知识点。
一、安培力的计算公式
安培力的计算公式为F = qvBsinθ,其中F表示安培力的大小,
q表示电荷的大小,v表示电荷的速度,B表示磁感应强度,θ表
示电荷速度与磁场方向之间的夹角。
二、安培力的性质
1. 安培力与电荷的关系
安培力与电荷的大小成正比,即当电荷q增加时,安培力F也
相应增加。
2. 安培力与电流的关系
电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量,安培力与电流的
大小成正比。设导线长度为l,电荷在导线中的速度为v,电荷密
度为ρ,则电流I = ρvl。因此,安培力F与电流I也成正比。
3. 安培力与磁场的关系
安培力与磁场的大小成正比,即当磁感应强度B增加时,安培
力F也相应增加。
4. 安培力与速度的关系
安培力与电荷的速度v的大小成正比,即当电荷速度v增加时,安培力F也相应增加。
5. 安培力的方向
安培力的方向遵循右手定则:将右手从电荷正方向握住导线,
在磁场方向上升的情况下,手指弯曲的方向即为安培力的方向。
6. 安培力的性质总结
安培力与电荷、电流、磁场强度、速度之间有着一定的数学关系,根据具体情况可以通过计算公式来求解安培力的大小和方向。
三、安培力与磁场的应用
1. 高斯枪
高斯枪是利用安培力的原理来实现粒子的加速和磁聚焦。通过
在导弹中引入磁场,使得导弹内部飞行的粒子受到安培力的作用,从而达到加速的效果。
磁场对电流的作用力的原理
磁场对电流的作用力的原理
课前预习
一、安培力
1.磁场对通电导线的作用力叫作___○1____.
2.大小:(1)当导线与匀强磁场方向________○2_____时,安培力最大为
f=_____○3_____.
(2)当导线与坯强磁场方向_____○4________时,安培力最轻为f=____○5______.
(3) 当导线与匀强磁场方向斜交时,所受安培力介于___○6___和__○7______之间。
3.方向:左手定则:抬起左手,并使大拇指跟其余四个手指__○8____,并且都跟手
掌在___○9___,把头放进磁场中,使磁感线___○10____,并使抬起的四指指向
_○11___的方向,那么,拇指所指的方向,就是通电导线在磁场中的__○12___方向.
二、磁电式电流表
1.磁电式电流表主要由___○13____、____○14___、____○15____、____○16_____、_____○17_____形成.
2.蹄形磁铁的磁场的方向总是沿着径向均匀地分布的,在距轴线等距离处的磁感应
强度的大小总是相等的,这样不管线圈转到什么位置,线圈平面总是跟它所在位置的磁感
线平行,i与指针偏角θ成正比,i越大指针偏角越大,因而电流表可以量出电流i的大小,且刻度是均匀的,当线圈中的电流方向改变时,安培力的方向随着改变,指针偏转方
向也随着改变,又可知道被测电流的方向。
3、磁电式仪表的优点就是____○18________,可以测较弱的电流,缺点就是绕制线圈
的导线很粗,容许通过的电流较弱。
课前预习答案
○1安培力○2横向○3bil○4平行○50○60○7bil○8横向○9同一个平面内○10横
安培力和洛伦兹力做功的特点
安培力和洛伦兹力做功的特点
首先,让我们来了解一下安培力和洛伦兹力的定义和公式:
安培力是指电流通过导线时,导线上每段微小长度上所受到的力的大
小和方向。安培力的大小与电流的大小、导线长度以及磁感应强度之间的
关系由安培定律给出。安培力的公式为:
F = BILsinθ
其中,F表示安培力的大小,B表示磁感应强度,I表示电流的大小,L表示导线长度,θ表示磁感应强度与导线的连线方向的夹角。
洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力。洛伦兹力的大小和方向与
粒子的电荷量、速度以及磁场强度之间的关系由洛伦兹力公式给出。洛伦
兹力的公式为:
F=q(v×B)
其中,F表示洛伦兹力的大小,q表示粒子的电荷量,v表示粒子的
速度,B表示磁场的强度。
1.安培力对应的物理现象是电流通过导线时所受的力,这种力是由带
电粒子在磁场中运动产生的。由于安培力与导线的长度和电流的大小相关,因此当导线上的电流改变时,安培力也会随之改变。
2.安培力所做的功与导线的位置有关。当导线垂直于磁场时,安培力
所做的功最大。而当导线与磁场平行时,安培力所做的功为零。
3.安培力不会改变导线的总机械能。安培力的方向始终垂直于导线的
方向,所以它不会改变导线的速度和机械能,而只会改变导线上电荷的内能。
1.洛伦兹力对应的物理现象是带电粒子在磁场中受到的力。洛伦兹力
的大小与电荷的电量、速度和磁场的强度相关,因此当这些参数改变时,
洛伦兹力也会随之改变。
2.洛伦兹力做功时,粒子的速度方向和力的方向之间存在夹角。如果
速度和磁场方向平行或反平行,洛伦兹力所做的功为零。而当速度和磁场
高三物理安培力知识点总结
高三物理安培力知识点总结
安培力是物理学中一个非常重要的概念,特别是在电磁学领域。它描述了电流通过导线时所产生的力,是我们理解电路和电磁现
象的基础。下面将对高三物理中涉及到的安培力相关的知识点进
行总结。
一、安培力的定义
安培力是指电流通过导线时所产生的力。当电流通过导线时,
导线中的电子会受到磁场力的作用而产生一个力,这个力即为安
培力。安培力的方向可以根据右手螺旋定则来确定。
二、安培力的计算公式
安培力的计算公式为:
F = BILsinθ
其中,F为安培力的大小,B为磁感应强度,I为电流的大小,
L为导线的长度,θ为电流与磁感应强度之间的夹角。
三、安培力的方向
根据右手螺旋定则,可以确定安培力的方向。将右手握住导线,拇指指向电流的方向,其余四指指向磁感应强度的方向,拇指的
方向即为安培力的方向。
四、安培力的性质
1. 安培力与电流的大小成正比:当电流大小增加时,安培力也
会增大。
2. 安培力与磁感应强度的大小成正比:当磁感应强度增大时,
安培力也会增大。
3. 安培力与导线长度的大小成正比:当导线长度增加时,安培
力也会增大。
4. 安培力与电流与磁感应强度之间的夹角的正弦值成正比:当
夹角增大时,安培力会减小。
五、安培力的应用
1. 电磁铁:电磁铁是利用安培力的作用原理制造的一种器件。
通电后,导线中的电流会产生安培力,使得铁芯上的铁磁体磁化,从而形成一个强大的磁场。
2. 电动机:电动机的运行原理也是基于安培力的作用。电流通过线圈时,产生的安培力与磁场相互作用,导致线圈旋转。
3. 电磁感应:安培力也与电磁感应现象密切相关。当导线与磁场相互运动时,导线中会产生感应电流,从而产生安培力。
浅谈安培力的性质
浅谈安培力的性质
通常认为安培力的性质和洛伦兹力一样,都是磁场力。关于安培力与洛伦兹力的关系已经老生常谈,笔者在此拾人牙慧,也略有新悟。按照力的性质来分类,要根据力的定义、产生力的原因机理来确定。
一、安培力与洛伦兹力
所谓安培力就是载流回路在外磁场受到的力。由于电流是电荷定向移动形成的,因此我们通常认为,安培力实质上是磁场对形成电流的运动电荷的洛伦兹力的总和,即安培力是作用在自由电荷上洛伦兹力的宏观表现。现行教材也据此由安培力公式导出洛伦兹力公式。而洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力。据此,从宏观、微观都应该认为安培力的性质是磁场力。
二、晶格碰撞与霍尔效应
许多物理学及电磁学书中,认为载流导线在磁场中受到安培力的原因是:由于形成电流的所有做定向漂移运动的自由电子,在磁场中都受洛伦兹力而产生侧向漂移。这些电子做侧向漂移运动时,不断与晶格碰撞,将其动量传给晶格,因而导线便受到了安培力。
这种对安培力和洛伦兹力的解释似乎很有道理。但仔细分析一下,便发现有不妥之处。自由电子在磁场中受洛伦兹力的作用,要做侧向漂移与晶格碰撞形成安培力。但自由电子这种侧向漂移很快就不存在了。因为这种侧向漂移将使电子在一侧积累而形成负电荷层;同时在另一侧由于电子减少而形成正电荷层;如图1所示。这实际上就是霍尔效应。这样就构成了阻止自由电子做侧向漂移运动的电场,直到该电场对这些自由电子所施加的电场力与其所受的洛伦兹力平衡为止。这样,自由电子的侧向漂移运动就终止了,也就谈不上由于自由电子的侧向漂移运动而发生的与晶格碰撞的动量传递,也就是没有安培力了。
安培力小结及规律
磁场对电流的作用——安培力(左手定则)
基础知识
一、安培力
1.安培力:通电导线在磁场中受到的作用力叫做安培力.
说明:磁场对通电导线中定向移动的电荷有力的作用,磁场对这些定向移动电荷作用力的宏观表现即为安培力.
实验:注意条件
①I⊥B时 A:判断受力大小(由偏角大小判断)改变I大小,偏角改变;I大小不变,改变垂直磁场的那部分导线长度;改变B大小.
B:F安方向与I方向B方向关系:(改变I方向;改变B方向;同时改变I和B方向) F安方向:安培左手定则,F安作用点在导体棒中心。(通电的闭合导线框受安培力为零)
② I//B时, F安=0,该处并非不存在磁场。
③ I与B成夹角θ时,F=BILSinθ (θ为磁场方向与电流方向的夹角)。
有用结论:“同向电流相互吸引,反向电流相排斥”。不平行时有转运动到方向相同且相互靠近的趋势。
2.安培力的计算公式:F=BILsinθ(θ是I与B的夹角);
① I⊥B时,即θ=900,此时安培力有最大值;公式:F=BIL
② I//B时,即θ=00,此时安培力有最小值,F=0;
③ I与B成夹角θ时,00<B<900时,安培力F介于0和最大值之间.
3.安培力公式的适用条件:
①公式F=BIL一般适用于匀强磁场中I⊥B的情况,对于非匀强磁场只是近似适用(如对电流元)但对某些特殊情况仍适用.
如图所示,电流I
1//I
2,
如I
1
在I
2
处磁场的磁感应强度为B,则I
1
对I
2
的安培力F=BI
2
L,
方向向左,
同理I
2对I
1
,安培力向右,即同向电流相吸,异向电流相斥.
②根据力的相互作用原理,如果是磁体对通电导体有力的作用,则通电导体
高中物理知识点安培力
高中物理知识点:安培力
在物理学中,「安培力」是学习电磁力学的一个重要概念。它
是以法国物理学家安德烈-玛丽·安培(André-Marie Ampère)的名字命名的,安培力是指通过电流所产生的磁场之间的相互作用力。
安培力是磁场中流经导线的电流所感受到的力。理解安培力的
概念对于理解电磁学和电磁场相互作用的基本原理至关重要。在高
中物理课程中,安培力通常会涉及到磁场、电流以及导线之间的相
互关系。
首先,安培力的大小与电流的强弱直接相关。当电流通过一根
直导线时,该导线周围会形成一个磁场。根据安培定律,当电流和
磁场垂直时,安培力的大小可以通过以下公式计算:
F = BIL
其中,F表示安培力的大小,B表示磁场的强度,I表示电流的强度,L表示导线的长度。
其次,安培力的方向由安培左手定则确定。根据安培左手定则,当你将左手的大拇指指向电流的方向,四指指向磁场的方向时,大
拇指的方向就是安培力的方向。这个定则提供了一个简单的方法来
确定安培力的方向。
安培力在实际生活中有许多重要应用。例如,磁铁可以制造一
个磁场,通过将电流导线放置在磁场中,可以产生一个力,使得金
属物体被吸附在磁铁上。这就是电磁铁的工作原理。
另一个应用是电动机。电动机的核心原理是安培力的运用。通
过在直流电流的电磁线圈中产生安培力,可以使线圈产生旋转运动。这使得电动机能够将电能转化为机械能,并从而实现工作。
在高中物理教学中,教师通常会进行一系列实验来帮助学生更
好地理解安培力的概念。例如,通过将电流导线放置在磁场中,并
观察导线感受到的力的变化情况,可以直观地展示安培力的作用。
浅探安培力的理解和应用
的 方 向,而 不 包 括 F1 的 方
向。根 据 左 手 定 则 可 知,外
框架处于磁感应强度为 B
图4
加匀强磁 场 的 磁 感 应 强 度 B 需 限 定 在 图 中
且包括 B2 的 方 向,
而 不 包 括 B1
B1 、
B2 之间,
的方 向,因 此 外 加 匀 强 磁 场 的 方 向 与 x 轴 正
斜面上。若 保 持 磁 场 和 电 流 的
给导线通电时,
发现 弹 簧 下 端
方向 不 变,将 磁 感 应 强 度 大 小
上移了一 点,若 稳 定 后 磁 铁 对 斜 面 的 压 力 为
改为 2B ,将 电 流 大 小 改 为
则导体棒(
)
。
仍静止在斜面上
A.
I
,
3
则 F1 与 F2 的 大 小 关 系 如 何? 导 线 中 电
(
欲使导体棒静止在斜面上且对斜面
2)
无压 力,则 导 体 棒 只 受 重 力 mg 和 安 培 力 F
两个 力 作 用 处 于 平 衡 状 态,根 据 mg =BIL,
mg
。根据左手定则 可 知,
解得 B =
磁感应强
IL
31
解题篇 经典题突破方法
高考理化 2023 年 11 月
安培力知识要点归纳
安培力知识要点归纳
安培力(Ampere's law)是电磁学中的一条重要定律,描述了电流引
起的磁场的特性。安培力是法国物理学家安德烈-玛里-安培(André-
Marie Ampère)在19世纪提出的,被认为是基础电磁学的一个重要定理。下面对安培力的关键知识点进行归纳。
一、安培力的表述
安培力的表述方式有两种,分别是安培环路定理和安培定律。
1.安培环路定理:
安培环路定理是根据电流元(有电流I通过的导线段)在环路上引起
的磁感应强度为B的关系而得出的,表示为:
∮BdL=μ₀I
其中,∮BdL表示对环路内各点的磁感应强度B绕整个环路的积分,
μ₀为真空中的磁导率,I为通过安培环路的电流。
2.安培定律:
安培定律描述了安培力的特性,可以用来计算通过导线产生的磁场强度。安培定律可以用表达式形式表示为:
B=μ₀πI/r
其中,B为磁感应强度,μ₀为真空中的磁导率,I为电流强度,r为
距离电流元的距离。
二、安培力的性质与规律
安培力具有以下重要的性质和规律:
1.安培力与电流的关系:
安培力的大小与通过导线的电流强度成正比。当电流增大时,安培力也随之增大。
2.安培力的方向:
安培力的方向与电流元和观察点之间的位置关系有关。根据安培的右手定则,电流元中的电流方向与弯向手指的方向一致,此时手掌的指向即为安培力的方向。
3.安培力的叠加原理:
对于复杂的电流分布,可以使用安培力的叠加原理将各个电流元对观察点的安培力叠加起来,得到总的安培力。
4.安培力对闭合环路的影响:
根据安培环路定理,当电流通过一个闭合的环路时,磁感应强度的环路积分为0,即∮BdL=0。这说明在闭合环路内部的磁场强度之和与处于环路外部的磁场强度之和相等。
安培力与洛伦兹力
安培力与洛伦兹力
安培力和洛伦兹力是电学中两种常见的力,它们影响着我们生活中的各种电器设备。接下来,我们将深入探讨它们的概念、性质以及应用。
一、安培力
安培力是指通过两条电流互相作用时所产生的力。安培力的大小与电流的大小和方向有关,而且跟电流在空间中的分布、几何形状也有关系。最初发现安培力是法国物理学家安培(Ampère)在1820年进行研究时发现的,因此以他的名字命名。
二、洛伦兹力
洛伦兹力是指带电粒子在电场和磁场作用下所受到的力,又称为洛伦兹-洛伦兹力。在电磁学的理论中,洛伦兹力通常用来描述粒子在电磁场中的运动状态。洛伦兹力的大小与带电粒子的电量、电场和磁场的强度以及带电粒子的速度有关。洛伦兹力的发现归功于荷兰物理学家洛伦兹(Lorentz)在1892年的工作。
三、安培力和洛伦兹力的关系
安培力和洛伦兹力都是电学中的力,它们之间存在着密切的关系。当电流通过一段导体时,会在周围产生磁场,带电粒子在磁场中运动时将受到洛伦兹力的作用。这种力的大小跟电荷的量、电磁场的强度以及带电粒子的运动状态有关。
而在电磁学中,安培定律就是描述电流和磁场之间关系的定律。安
培定律表明,通过导体所产生的磁场的方向与电流的方向相同,磁力
线的密度与电流的大小成正比。也就是说,当电流通过导体时,将产
生一个与电流方向相同的磁场,而这个磁场将对周围的带电粒子产生
洛伦兹力的作用。
四、应用
安培力和洛伦兹力的应用非常广泛。在实际应用中,特别是电子学、通信、电力系统中,这两种力被广泛使用。
例如,在核磁共振成像技术中,利用安培力的原理使得磁共振成像
安培力和洛伦兹力的区别 有什么联系
安培力和洛伦兹力的区别有什么联系
越来越多的同学对于安培力和洛伦兹力两者之间的关系存在一定的疑惑,他们的区别是什幺,两者又有什幺联系呢,本文小编就为大家整理了相关信息,供大家参考。
1安培力和洛伦兹力有什幺不同两者实际是等同的。可以将安培力想象成
是导线中无数个小电荷在流动时分别受到的洛仑兹力的叠加;譬如,假设现在
的电流是I,那幺说明t时间内,流过某一截面积的电荷数是Q=It
所以流过的电子总数n=Q/e=It/e。这段电子在t时间内流过的长度是l=vt,v
是电子流的宏观平均速度,每个电子都受到洛仑兹力,f=evB,那幺这段l长度
内的电子受到的总的洛仑兹力是f’=nevB=ItevB/e=ItvB=IBl。
现在整段导线在磁场内的长度是大L,而每小段l受到的是f’,所以总的受到
的安培力F=BIL,左手定则是判断受力,右手定则是判断电流反方向,右手定则
还有一个右手螺旋定则是判断磁场方向的.点是电流垂直纸面向外,反之是向里,四指是电流方向,拇指是运动方向。
另外,洛伦兹力是磁场对运动中的带电粒子的作用力,是对单个带电粒子
而言;安培力是磁场对通电导线的作用力,是对整个在磁场中的导线而言。
事实上,为什幺磁场会对通电导线有安培力的作用呢?我们知道,通电导线
中有很多运动的电荷;安培力,正是磁场对所有这些电荷的洛伦兹力的总和。即安培力是洛伦兹力的宏观体现;而洛伦兹力,是安培力的微观原理。区别
就在这里一个宏观,一个微观。
1两者有什幺联系在高三物理选修本中提出安培力是作用在运动电荷上的
力的宏观表现。接着,又利用F=BIL推导了一个电荷受到的洛伦兹力
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浅谈安培力的性质
通常认为安培力的性质和洛伦兹力一样,都是磁场力。关于安培力与洛伦兹力的关系已经老生常谈,笔者在此拾人牙慧,也略有新悟。按照力的性质来分类,要根据力的定义、产生力的原因机理来确定。
一、安培力与洛伦兹力
所谓安培力就是载流回路在外磁场受到的力。由于电流是电荷定向移动形成的,因此我们通常认为,安培力实质上是磁场对形成电流的运动电荷的洛伦兹力的总和,即安培力是作用在自由电荷上洛伦兹力的宏观表现。现行教材也据此由安培力公式导出洛伦兹力公式。而洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力。据此,从宏观、微观都应该认为安培力的性质是磁场力。
二、晶格碰撞与霍尔效应
许多物理学及电磁学书中,认为载流导线在磁场中受到安培力的原因是:由于形成电流的所有做定向漂移运动的自由电子,在磁场中都受洛伦兹力而产生侧向漂移。这些电子做侧向漂移运动时,不断与晶格碰撞,将其动量传给晶格,因而导线便受到了安培力。
这种对安培力和洛伦兹力的解释似乎很有道理。但仔细分析一下,便发现有不妥之处。自由电子在磁场中受洛伦兹力的作用,要做侧向漂移与晶格碰撞形成安培力。但自由电子这种侧向漂移很快就不存在了。因为这种侧向漂移将使电子在一侧积累而形成负电荷层;同时在另一侧由于电子减少而形成正电荷层;如图1所示。这实际上就是霍尔效应。这样就构成了阻止自由电子做侧向漂移运动的电场,直到该电场对这些自由电子所施加的电场力与其所受的洛伦兹力平衡为止。这样,自由电子的侧向漂移运动就终止了,也就谈不上由于自由电子的侧向漂移运动而发生的与晶格碰撞的动量传递,也就是没有安培力了。
针对这种有明显矛盾的解释,我们不妨再以形成霍尔效应的电荷为研究对象继续分析下去。在磁场中的载流导线由于霍尔效应,在导线内部产生霍尔电场,该电场对做定向漂移运动的自由电子所施加的电场力很快与其所受的洛伦兹力平衡。既然自由电子受到霍尔电场的作用力,那么形成霍尔电场的电荷必定受到自由电子的反作用力,如图2所示。该力作用在产生霍尔电场的电荷上。而这些电荷也没有因此而越出导线,就该考虑它们与晶格的作用了。晶格对形成霍尔电场的电荷有力的作用,这些力的反作用力作用在晶格上,最终在宏观上就形成了磁场对载流导体所施加的安培力。
这种霍尔电场说解决了晶格碰撞说的安培力只能瞬间存在的矛盾,但是忽略了一个环节,就是自由电子受到霍尔电场对它所施加的电场力与它所受的洛伦兹力达到平衡之前这个瞬间过程。这个时候自由电子所受洛伦兹力小于霍尔电场力,肯定会做侧向漂移运动,与晶格碰撞,否则将越出导线。所以这些自由电子
即受到霍尔电场力,也直接与晶格碰撞受力,如图3所示。导线晶格既受到霍尔电场电荷的反作用,也受到自由电荷的碰撞作用,这两个力共同作用在宏观上就形成了安培力。
用这种晶格碰撞与霍尔电场相结合的论述,也可以解释载流导线在磁场中运动的情况。如果导线以速度u运动,则洛伦兹力为:
安培力方向仍垂直于导线。其中fl1方向,自由电子与产生霍尔电场的电荷作用形成安培力;fl2方向,自由电子与晶格碰撞的弹力,还受电场力的作用(载流导线两端的电势差形成的电场)形成宏观上的安培力。
三、磁场力与弹力
结合上面两种对安培力形成原因解释的说法,本人归纳为两种情况。第一种情况:自由电子受到霍尔电场对它的电场力和外磁场对它的洛伦兹力没有平衡时,自由电子做侧向漂移。这种情况导线晶格共受到两个作用力,形成霍尔电场的电荷对晶格的作用力和做侧向漂移的自由电子的碰撞,这两个弹力的合力宏观表现为载流导线受到的安培力。第二种情况:自由电子受到霍尔电场对它的电场力和外磁场对它的洛伦兹力达到平衡,这时候安培力的实质是形成霍尔电场的电荷对晶格的反作用力,即形成霍尔电场的电荷与晶格间的相互挤压,也是弹力。
综上所述,安培力是由磁场对运动电荷的作用即洛伦兹力引起,使自由电子发生偏转,形成霍尔效应,最终由形成霍尔电场的电荷与晶格挤压,或者同时运动电荷也对导线晶格碰撞,晶格所受的合力宏观表现为载流导线在磁场中受到的安培力。根据安培力产生的根源本质来判断,安培力的性质当是弹力。
从自然界的四种基本相互作用来分类的话,弹力属于电磁相互作用。弹力的实质是因为物体受到挤压从而把物体内原子间的排列顺序打乱,造成原子间的距离发生了变化,从而导致原子间力的变化(即电磁力),在外观上表现为弹力。金属的弹力就是微观上的阳离子之间的库伦斥力,也就是四大基本作用中的电磁力。
电磁相互作用可以宏观表现为弹力,而弹力也同样可能宏观表现为磁场力。正如奥斯特发现电流的磁效应,法拉第发现电磁感应,麦克斯韦坚信变化的电场和变化的磁场能相互转化而创立了电磁场理论一样,这个世界是和谐对称的。