浅谈安培力的性质
磁场力安培力

磁场力安培力学过初中物理的同学都知道,磁场是电流的一个源泉。
你们可曾想到,磁场也会有力呢?它的名字叫“安培力”。
那么什么是安培力呢?下面我给大家介绍一下。
一、安培力定义:安培力就是指电流在磁场里受到的一种作用力。
其实,我们生活中随处可见“安培力”,例如我们走路时脚与地面产生的摩擦力;桌椅、门、窗与地面等之间的摩擦力;风扇转动时产生的阻力……这些都是安培力在起作用。
二、安培力特点:(一)大小变化:安培力的大小与导体在磁场中的有效长度成正比。
(二)方向变化:安培力的方向是随着电流方向而变化的。
(三)随时间变化:不管电流怎样变化,安培力的方向始终不变。
三、安培力的大小与方向判断方法:将大拇指指向和磁感线垂直的方向,四指所指的方向为安培力的方向。
若安培力方向不变则是静磁场。
若安培力方向与电流方向一致,则是变化磁场。
(变化磁场中可能存在着匀速直线运动的物体,应该是匀速圆周运动或变速直线运动)1。
对于通电直导线在磁场中所受安培力,大小为安培力常量A=6.63×10-11N( N为磁感应强度)。
2。
安培力的方向:安培力总是使导线围绕磁场以螺旋线的方式向右(顺时针)偏转。
3。
安培力的作用点在磁场中央(从电流的角度看),垂直纸面向外。
4。
安培力的大小由导线在磁场中所受安培力大小与导线的电流大小有关。
5。
安培力的作用效果跟导线在磁场中的有效长度L和导线电流I有关。
( L越长, I越大,安培力越大;反之亦然) 6。
同名磁极互相排斥,异名磁极互相吸引。
7。
安培力的方向与导体棒中电流的方向垂直。
8。
两根平行金属导体之间的安培力不做功,不消耗电能。
二、安培力方向(a)。
垂直于磁感线b。
垂直于地面c。
垂直于磁场d。
切割磁感线。
三、磁场对电流的作用力的两种情况。
第一种情况:电流的方向与磁感线方向垂直,方向为沿着电流方向向左。
第二种情况:电流的方向与磁感线方向平行,方向为沿着电流方向向右。
因此磁场对电流的作用力为安培力或洛伦兹力,并且其方向与电流方向垂直。
安培力ppt

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。
当两条平行的导线通上同向电流时,这两条导线将相互吸引;反之,通上反向电 流时,这两条导线将相互排斥。
磁场分布与相互作用的关系
导线通上电流后,将在其周围产生磁场,磁场线的方向与电流方向有关。当另一 条导线与该导线平行且与距离和电流强度成正比时,它们之间的相互作用力的大 小也与电流强度成正比。
通电螺线管的磁场
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
均匀电流在磁场中的受力实验
总结词
该实验通过观察均匀电流在磁场中的运动情况,验证了安培力的存在。
详细描述
首先,将电源、开关、电流表、导线、磁铁等实验器材组装好。然后,闭合开关 ,观察电流表和导线的运动情况。发现当导线中通入电流后,导线会受到磁铁的 吸引力,使导线发生运动。这一现象验证了安培力的存在。
关于安培力的经典微观解释

关于安培力的经典微观解释安培力(Amp-Lorentz)是物体磁学性质的定量描述,它是磁场和电流密度之间的关系。
安培力的概念是通过安培的名字来源于法国物理学家安德鲁安培,并由挪威物理学家安得列洛伦兹最先发现的。
它在有磁性物质的介质中研究磁学现象的过程中发挥的重要作用。
安培力是由电流密度和磁场强度的乘积所确定的。
在静电环境中,它也可以称为“罗伦茨力”,因为它可以用来描述电荷之间的相互作用。
它由电荷之间的力,以及它们所受到的力的综合结果表示出来。
将磁场和电流密度耦合在一起,使它们在物理过程中受到作用,而不是相互独立,这就是安培力的基本概念。
安培力的微观解释可以从两个不同的角度来理解。
首先,它是由“内在偶合效应”决定的,即磁场的不同分量的不同方向可能会影响到电荷的运动。
其次,它也可以由“外部偶合效应”来说明:由电荷引起的磁场,以及由磁场引起的电荷之间,存在着相互作用的效应。
安培力在物理学中的作用非常重要。
它是磁电学、磁力学两个主要领域的基本概念。
例如,它可以用来解释为什么磁力线的方向会绕着电流的方向旋转,以及电场的变化是如何影响磁场的。
它还可以用来解释电动势的原理,即为什么当电流在一个磁场中流动时,将产生动能的原因。
安培力在实际应用中也有重要作用。
例如,它被应用于电机理论、电磁学、磁性材料研究以及电缆理论等领域。
此外,它还能帮助我们更好地理解磁铁、电磁辐射以及永磁体等磁学现象。
综上所述,安培力是物体磁学性质的一个重要参数,它由磁场和电流密度的乘积确定。
它的物理含义可以从内部偶合效应和外部偶合效应这两个不同的角度得以解释。
它的重要性不言而喻,在物理学和工程学的实际应用中都发挥了重要作用。
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。
2. 安培力对电流路径的影响安培力会使电流在导体中发生偏转。
根据洛伦兹力的定义,导体中的电流在磁场中会受到一个与电流和磁场方向垂直的力,从而改变电流路径。
这种安培力对电流的影响在很多应用中都得到了利用,例如电力传输中的输电线路、电子设备中的电路设计等。
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。
2. 电磁铁电磁铁是将电能转化为磁能的一种装置。
当电流通过电磁铁的线圈时,线圈周围会产生强磁场,而磁感应强度B与电流I成正比。
通过控制电流的大小,可以调节磁场的强度,从而实现对物体的吸附和释放。
3. 涡流制动涡流制动是一种利用安培力原理制动运动金属物体的方法。
安培力(磁场对电流的作用力)解读

二、安培力(磁场对电流的作用力)目的要求复习安培力的计算及左手定则。
知识要点1.安培力方向的判定⑴用左手定则。
⑵用“同性相斥,异性相吸”(只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时)。
⑶用“同向电流相吸,反向电流相斥”(反映了磁现象的电本质)。
可以把条形磁铁等效为长直螺线管(不要把长直螺线管等效为条形磁铁)。
只要两导线不是互相垂直的,都可以用“同向电流相吸,反向电流相斥”判定相互作用的磁场力的方向;当两导线互相垂直时,用左手定则判定。
2.安培力大小的计算:F =BLI sin α(α为B 、L 间的夹角)高中只要求会计算α=0(不受安培力)和α=90°两种情况。
例题分析例1:如图所示,可以自由移动的竖直导线中通有向下的电流,不计通电导线的重力,仅在磁场力作用下,导线将如何移动?解:先画出导线所在处的磁感线,上下两部分导线所受安培力的方向相反,使导线从左向右看顺时针转动;同时又受到竖直向上的磁场的作用而向右移动(不要说成先转90°后平移)。
分析的关键是画出相关的磁感线。
例2:条形磁铁放在粗糙水平面上,正中的正上方有一导线,通有图示方向的电流后,磁铁对水平面的压力将会__(增大、减小还是不变?)。
水平面对磁铁的摩擦力大小为__。
解:本题有多种分析方法。
⑴画出通电导线中电流的磁场中通过两极的那条磁感线(如图中粗虚线所示),可看出两极受的磁场力的合力竖直向上。
磁铁对水平面的压力减小,但不受摩擦力。
⑵画出条形磁铁的磁感线中通过通电导线的那一条(如图中细虚线所示),可看出导线受到的安培力竖直向下,因此条形磁铁受的反作用力竖直向上。
⑶把条形磁铁等效为通电螺线管,上方的电流是向里的,与通电导线中的电流是同向电流,所以互相吸引。
例3:如图在条形磁铁N 极附近悬挂一个线圈,当线圈中通有逆时针方向的电流时,线圈将向哪个方向偏转?解:用“同向电流互相吸引,反向电流互相排斥”最简单:条形磁铁的等效螺线管的电流在正面是向下的,与线圈中的电流方向相反,互相排斥,而左边的线圈匝数多所以线圈向右偏转。
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。
安培力的方向由左手定则判定。对于任意形状的电流受非匀强磁场的作用力,可把电流分解为许多段电流元 IΔL,每段电流元处的磁场B可看成匀强磁场,受的安培力为ΔF=IΔL·Bsinα,把这许多安培力矢量相加就是 整个电流受的力。
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。
安培力的实质是形成电流的定向移动的电荷所受洛伦兹力的合力。磁场对运动电荷有力的作用,这是从实验 中得到的结论。同样,当电荷的运动方向与磁场平行时不受洛伦兹力作用,也是从实验观察中得知。当电流方向 与磁场平行时,电荷的定向移动方向也与磁场方向平行,所受洛伦兹力为零,其合力安培力也为零。
洛伦兹力不做功是因为力的方向与粒子的运动方向垂直,根据功的公式W=FScosθ,θ=90°时,W=0。
谢谢观看
大量实验表明,垂直于磁场的一段通电导线,在磁场中某处受到的安培力的大小F跟电流强度I和导线的长度 L的乘积成正比 F=BIL
高中物理安培力专题讲解

磁场对通电导体的作用力要点一、对安培力的理解要点诠释:1.安培力是磁场对电流的作用力,是一种性质力,其作用点可等效在导体的几何中心.2.安培力的方向在解决有关磁场对电流的作用的问题时,能否正确判断安培力的方向是解决问题的关键,在判定安培力的方向时要注意以下三点:(1)安培力的方向总是既与磁场方向垂直,又与电流方向垂直,也就是说安培力的方向总是垂直于磁场和电流所决定的平面.因此,在判断时首先确定磁场和电流所确定的平面,从而判断出安培力的方向在哪一条直线上,然后再根据左手定则判断出安培力的具体方向.(2)当电流方向跟磁场方向不垂直时,安培力的方向仍垂直电流和磁场所决定的平面,所以仍可用左手定则来判断安培力的方向,只是磁感线不再垂直穿过手心.(3)注意区别安培力的方向和电场力的方向与场的方向的关系.安培力的方向与磁场安F 安的方向,由于B 只要穿过手心即可,则I (或B )的方向不唯一.3.安培力的大小(1)计算公式:F BILsin =θ(2)对公式的理解:公式F BILsin =θ可理解为F (Bsin )IL =θ,此时Bsin θ为B 沿垂直I 方向上的分量,也可理解为F BI(Lsin )=θ,此时Lsin θ为L 沿垂直B 的方向上的投影长度,也叫“有效长度”,公式中的θ是B 和I 方向问的夹角.注意:①若导线是弯曲的,此时公式F BILsin =θ中的L 并不是导线的总长度,而应是弯曲导线的“有效长度”.它等于连接导线两端点直线的长度(如图所示),相应的电流方向沿两端点连线由始端流向末端.②安培力公式一般用于匀强磁场.在非匀强磁场中很短的导体也可使用,此时B 的大小和方向与导体所在处的B 的大小和方向相同.若在非匀强磁场中,导体较长,可将导体分成若干小段,求出各段受到的磁场力,然后求合力.要点三、电流表的工作原理、灵敏度及特点要点诠释:1.电流表的工作原理:(1)均匀辐向磁场蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的(如图所示),不管通电线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行.线圈所处的磁感应强度的大小都相同.类型一、安培力方向的判断例1(多选)、如图所示,一金属直杆MN 两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN 与线圈轴线均处于竖直平面内,为使MN 垂直纸面向外运动,可以( )A .将a 、c 端接在电源正极,b 、d 端接在电源负极B .将b 、d 端接在电源正极,a 、c 端接在电源负极C .将a 、d 端接在电源正极,b 、c 端接在电源负极D .将a 、c 端接在同一交流电源的一端,b 、d 端接在交流电源的另一端【答案】 ABD【解析】 本题主要考查两个方面知识:电流的磁场和左手定则.要求直杆MN 垂直纸面向外运动,把直杆所在处的磁场方向和直杆中电流画出来,得A 、B 正确.若使a 、c 两端(或b 、d 两端)的电势相对于另一端b 、d (或a 、c )的电势的高低做同步变化,线圈磁场与电流方向的关系跟上述两种情况一样,故D 也正确.【变式】(多选)在匀强磁场B 的区域中有一光滑斜面体,在斜面体上放置一根长为L ,质量为m 的导线,当通以如图所示方向的电流后,导线恰能保持静止,则磁感应强度B 满足( )A .sin ,=mgB IL α方向垂直斜面向上 B .sin =mg B ILα,方向垂直斜面向下 C .tan =mg B ILα,方向垂直向下 D .=mg B IL,方向水平向左 【答案】BCD类型二、安培力大小的计算例2、如图所示,导线abc 为垂直折线,其中电流为I ,ab=bc=L ,导线所在的平面与匀强磁场垂直,匀强磁场的磁感应强度为B ,求导线abc 所受安培力的大小和方向.【答案】 2ILB 方向沿abc ∠的角平分线向上【解析】 方法一:ab 段所受的安培力大小ab F ILB =,方向向右,bc 段所受的安培力大小bc F ILB =,方向向上,所以该导线所受安培力为这两个力的合力,如图所示,2F ILB =,方向沿abc ∠的角平分线向上.方法二:把导线abc 等效成直导线ac ,则等效长度2ac L =,故安培力22F BI L ILB =⋅=,方向垂直于ac ,即沿abc ∠的角平分线向上.【变式】(多选)在物理学中,通过引入检验电流来了解磁场力的特性,对检验电流要求是( )A .将检验电流放入磁场,测量其所受的磁场力F 、导线长度L 、通电电流强度I ,应用公式B =F /IL ,即可测得磁感强度BB .检验电流电流强度不宜太大C .利用检验电流,运用公式B=F/IL,只能应用于匀强磁场D .只要满足长度L 很短、电流强度I 很小, 将其垂直放入磁场的条件,公式B =F /IL 对任何磁场都适用【答案】BD类型三、 判断安培力作用下物体的运动方向例3、(2015 平度市期末)如图甲所示,蹄形磁体用悬线悬于O 点,在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线,当导线中通以由左向右的电流时,蹄形磁铁的运动情况是( ).A .静止不动B .向纸外平动C .N 极向纸外,S 级向纸内转动D .N 极向纸内,S 级向纸外转动【答案】 C【解析】假设磁体不动,导线运动,则有:由图可知,通电导线左边的磁场斜向下,而右边的磁场斜向上,那么,根据如图所示的导线所在处的特殊位置判断其转动情况.将导线从N 、S 极的中间分成两段,,由左手定则可得左边一小段受安培力的方向垂直纸面向里,右边一小段受安培力的方向垂直纸面向外,从上向下看,导线沿顺时针方向转动.再根据导线转过90°时的特殊位置判断其上下运动情况.导线此时受安培力方向竖直向上,导线将向上运动. 所以导线的运动情况为: 顺时针转动的同时还要向上运动.如今导线不动,磁体运动,根据相对运动,则有磁体逆时针转动(从上向下看),即N 极向纸外转动,S 极向纸内转动,故C 正确,ABD 错误,故选C【变式】如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其中央上方固定一根导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,则( )A .磁铁对桌面的压力减小,不受桌面的摩擦力B .磁铁对桌面的压力减小,受到桌面的摩擦力C .磁铁对桌面的压力增大,不受桌面的摩擦力D .磁铁对桌面的压力增大,受到桌面的摩擦力【答案】A【解析】 如图所示,画出一条通过电流I 处的磁感线,电流I 处的磁场方向水平向左,由左手定则知电流I 受安培力方向竖直向上.根据牛顿第三定律知,电流对磁铁的作用力方向竖直向下,所以磁铁对桌面压力增大.由于磁铁没有相对于桌面的运动趋势,故桌面对磁铁无摩擦力作用.类型四、 磁电式电流表例4、 如图所示甲是磁电式电流表的结构图,图乙是磁极间的磁场分布图,以下选项中正确的是( )①指针稳定后,线圈受到螺旋弹簧的力矩方向与线圈受到的磁力矩方向是相反的②通电线圈中的电流越大,电流表指针偏转角度也越大③在线圈转动的范围内,各处的磁场都是匀强磁场④在线圈转动的范围内,线圈所受磁力矩与电流有关,而与所处位置无关A .①②B .③④C .①②④D .①②③④【答案】 C【解析】 当阻碍线圈转动的力矩增大到与安培力产生的使线圈转动的力矩平衡时,线圈停止转动,即两力矩大小相等、方向相反,故①正确.磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的,不管线圈转到什么角度,它的平面都跟磁感线平行,均匀辐向分布的磁场特点是大小相等、方向不同,故③错误,④正确.电流越大,电流表指针偏转的角度也越大,故②正确.综合上述,选项C 正确.类型五、安培力与电路知识、物体平衡的综合应用例5、(2015 东城区三模)如图所示,足够长的光滑金属导轨与水平面的夹角为θ,两导轨间距为L ,在导轨上端接入电源和滑动变阻器,电源电动势为E ,内阻为r 。
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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。