正文 第十章 穩恒磁場(2 / 3)

3要投影到坐標軸上,化成標量積分求解,分別求出磁感強度。

【安培環路定理】在真空中任意路上磁感強度在在線元上的分量沿該閉合回路上的積分(即的環流)的值。乘以該閉合路徑上所包圍各電流的代數和。

是回路所包圍各電流的代數和。並不表明回路中無電流通過。

應當注意定中的是指閉合回上某一點的磁感強度,它即包括回路內電流產生的磁感強度也包括環路外各電流產生的磁感強度_上述兩條說明的環流不僅由回路內的電流決定,而是由回路內外的電流共同決定的。

矢量的環流不恒等於零說明磁場不是保守力場,所以在磁場中不能引入勢能的概念。

應用安培環路定理求解磁感強度有一定條件的,隻適用於穩恒電流產生的磁場,而穩恒電流一定是閉合的二(無限長直導線可以認為在無窮遠處閉合);要用安培環路定理必須要求二尺所產生的磁場具有一定對稱性,才能使待求量從積分號內提出來。

【安培定律】反映了磁場對電流作用的基本規律,磁場對電流的作用力,在數值上等流元的大電流元所在處的磁惑強度的大小,以及電流元與磁感強度互之間夾角正弦之積這個定律叫安培定律。磁電流作用力通常培力方向可以這樣判斷。

說明

1.安培定律是從實驗中總結出來的,理論上可以從洛倫茲力推導出來,載流導線在磁場中受到的作用力就是導線中提供電流的運動電荷受到的洛倫茲力的總體表現。洛倫茲力是安培力的微觀本質。

2.作為經典力學基本定律的牛頓第三定律,在電磁學範圍內就不再遍適;例如有兩個電流元,並垂直取向,堡據畢奧一薩伐爾定律,在處產生的磁場為上述結果顯示了牛頓第三定律在這裏就不成立了,因此在電磁學中就不要把它作為普遍的規律去分析和推理。

3.在真空中兩條“無限長”平行直導線,各逾相同的穩恒電流,當兩條導線相距為lm,每條導線上每米受力時,這時導線中的電流強度為1A。這是定義電流強度單位的一種方法。

【載流線圈在雄場中受到磁力矩】磁場對載流導線有作用力,磁場對載流線圈有力矩作用,使載流線圈在磁場中發生轉動,如果線胃;中通過的電流強度為A值數為N,麵積為S,則線圈的磁矩為1。

說明:

1.本結論是從矩形線圈在勻強磁場中受到力矩作用推導出來的是表述與線圈形狀無關,線圈形狀不同,隻要有相同的磁矩,則在均勻磁場中受到磁力矩都相同。

2.磁力矩不僅適用於載流線圈,也適用於任何磁矩為的帶電粒子,在磁場中受到的磁力矩。

3.磁力矩方向就是線圈平麵的法線方向,而法線方向規定與線圈電流方向構成右手螺旋關係。

4.若線圈不在均強磁場中就不能用上述公式求磁力矩,而要用畢奧薩伐爾定律求出磁場分布,再用安培定律求出每個電流元受到的作用力,再根據力矩定義求解。

【洛倫茲力】帶電粒子在磁場中運動時受到磁場力,叫洛倫茲力。

1.洛倫茲;方向由,正電荷受到洛倫茲力方為,右手四指由角彎向這時拇指向指向就是正電荷的受力方向。負電荷所受洛倫茲;與受力方向相反。可以看到方向一定垂直,和方向可以是任意角度。當1和成0°或180°時受到洛倫茲力為零。

2.由於洛倫茲力總與速度方向垂直,所以洛倫茲力隻能改變帶電粒子速度的方向,不能改變帶電粒子的動能,但霍耳效應中洛倫茲力與霍耳電場大小相等方向相反,可以產生霍耳電壓,這強度的方法。

3.不是帶電粒子相對於磁場的運動速度,也不是相對導體的速度,而是帶電粒子相對觀察者的速度。

4.帶電粒子在電場和磁場中運動有很多應用。例如電子比荷(e/m)的測定、速度選擇器、質譜儀、回旋加速器、霍耳效應等。這些例子無論是簡單還是複,都直特點應用了帶電粒子在電場和磁場中受力規律。隻要能熟練地應用洛倫茲力公式,判斷洛倫茲力方向,計算力的大小,再應用好力學知識和靜電學有關規律,就不難分析以上提到的各具體問題。

10.3解題指導

求解磁感應強度安培力和洛倫茲力是本章解題的主要內容,簡稱為“一場、二力”,這與靜電場有許多相似之處,可以參照靜電場的解題思路,但由於磁場是渦旋場又與靜電場有所不同,在解題時應力注意。

1.求磁感強度可以有以下幾種方法從定義出發;用畢奧一薩伐爾定律;安培環路定理。其中以後兩種方法較為常見。磁場的畢奧一薩伐爾定定律電場的庫侖定律地位和作用具有相似性,它是計算磁感強度的最普遍、最基本的方法。解題步驟下:

(1)根據題意畫好示意圖,在載流導線取電流元由由畢奧:薩伐爾定律寫出該電流元在所在點的G表達式,並在圖中標出dB方向;

(2)分析磁場的分布情況,建立坐標係,寫出的分量式。坐標係的建立要考慮到積分變量和確定上下限的方便;

(3)列積分式,統一積分變量,並求解;確定總磁場的大小和方向;