10-(4)安培环路定理
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10-4 安培环路定理静电场的一个重要特征是电场强度E 沿任意闭合路径的积分等于零,即0d =⋅⎰l E l,那么,磁场中的磁感强度B 沿任意闭合路径的积分⎰⋅ld lB 等于多少呢?可以证明:在真空的稳恒磁场中,磁感强度B 沿任一闭合路径的积分(即B 的环流)的值,等于0μ乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和,即∑⎰==⋅ni lI10 d il B μ (10-8)安培环路定理与静电场环路定理的比较 讨论:安培环路定理的证明如图(a)所示,有一通有电流I 的长直载流导线垂直于屏幕平面,且电流流向垂直屏幕平面向内. 在屏幕平面上取两个闭合路径1C 和2C ,其中闭合路径1C 内包围的电流为I ,而在闭合路径2C 内没有电流. 从图(b )可以看出,由于磁感强度B 的方向总是沿着环绕直导线的圆形回路的切线方向,所以对闭合路径1C 或2C 上任意一线元l d ,磁感强度B 与l d 的点积为ϕαd cos d d Br l B ==⋅l B式中r 为载流导线至线元l d 的距离. 由第10-2节二中例1的式(2),上式可写成ϕμϕμd π2d π2d 00Ir rI==⋅l B (1)对于图(a )的闭合回路1C ,ϕ将由0增至π2. 于是,磁感强度B 沿闭合路径1C 的环流为这就是真空中磁场的环路定理,也称安培环路定理。
它是电流与磁场之间的基本规律之一。
在式(10-8)中,若电流流向与积分回路呈右螺旋关系,电流取正值;反之则取负值。
⎰⎰===⋅1000π2π2d π2d CIIIμμϕμl B (2)可见,真空中磁感强度B 沿闭合路径的环流等于闭合路径所包围的电流乘以0μ,而与闭合路径的形状无关.然而,对于图(a )中的闭合路径2C ,将得到不同的结果,当我们从闭合路径2C 上某一点出发,绕行一周后,角ϕ的净增量为零,即⎰=0d ϕ于是,由式(1)可得⎰=⋅20d c l B (3)比较式(2)和式(3)可以看出,它们是有差别的. 这是由于闭合路径1C 包围了电流,而闭合路径2C 却未包围电流. 于是我们可以得到普遍的安培环路定理:沿任意闭合路径的磁感强度B 的环流为⎰∑=⋅20d c I μl B式中∑I 是该闭合路径所包围电流的代数和 人物简介:安培简介安培(Andre Marie Ampere,1775-1855),法国物理学家,对数学和化学也有贡献,他在电磁理论的建立和发展方面建树颇丰。
安培环路定理安培环路定理的严格证明(缩略图)在稳恒磁场中,磁场强度H沿任何闭合路径的线积分,等于这闭合路径所包围的各个电流之代数和。
这个结论称为安培环路定理(Ampere circuital theorem)。
安培环路定理可以由毕奥-萨伐尔定律导出。
它反映了稳恒磁场的磁感应线和载流导线相互套连的性质。
目录按照安培环路定理,环路所包围电流之正负应服从右手螺旋法则。
安培环路定理应用如果闭合路径l包围着两个流向相反的电流I1和I2(如左图所示),这在下式中,按图中选定的闭合路径l 的绕行方向,B矢量沿此闭合路径的环流为如果闭合路径l包围的电流等值反向(如右图所示),或者环路中并没有包围电流,则:安培环路定理的证明(严格证明,大图见参考资料的链接)编辑本段安培环路定理的证明(不完全证明)以长直载流导线产生的磁场为例,证明安培环路定理的正确性。
安培环路定理应用在长直载流导线的周围作三个不同位置,且不同形状的环路,可以证明对磁场中这三个环路,安培环路定理均成立。
取对称环路包围电流在垂直于长直载流导线的平面内,以载流导线为圆心作一条半径为r 的圆形环路l,则在这圆周上任一点的磁感强度H的大小为其方向与圆周相切.取环路的绕行方向为逆时针方向,取线元矢量dl,则H与dl间的夹角,H沿这一环路 l 的环流为式中积分是环路的周长。
于是上式可写成为从上式看到,H沿此圆形环路的环流只与闭合环路所包围的电流I 有关,而与环路的大小、形状无关。
取任意环路包围电流在垂直于长直载流导线的平面内,环绕载流直导线作一条如下图所示的任意环路l,取环路的绕行方向为逆时针方向。
在环路上任取一段线元dl,载流直导线在线元dl处的磁感强度B大小为H与dl的夹角为,则H对dl的线积分为直导线中心向线元的张角为,则有,所以有可见,H对dl的线积分与到直导线的距离无关。
那么B对整个环路的环流值为上述计算再次说明H的环流值与环路的大小、形状无关。
取任意环路不包围电流在垂直于长直载流导线的平面内,在载流直导线的外侧作一条如下图所示的任安培环路定理应用意环路l,取环路的绕行方向为逆时针方向。
安培环路定理
安培环路定理,又称为安培定理或安培第二定理,是电磁学中的一条重要定理,描述了由电流所产生的磁场的性质。
它是由法国物理学家安德烈-玛丽·安培在19世纪初提出的。
安培环路定理是基于麦克斯韦方程组中的一个方程,可以用来计算磁场的强度。
根据该定理,通过电流所形成的磁场的磁感应强度H,沿着任意封闭曲线所围成的面积S的总磁通量Φ,与该封闭曲线所围成的电流之间的关系为:
∮H·dl = ∫∫S B·dS = Φ
其中,H是磁场的强度,dl是沿着闭合曲线的微元路径元素,B是磁感应强度,dS是平面面元素,Φ是通过该曲线所围成的面积的磁通量。
安培环路定理本质上是一个积分方程,可以通过对曲线的路径和曲面的选择来灵活地应用。
根据闭合曲线的选择不同,可以得到更方便的计算磁场的方法。
通常情况下,选择封闭曲线为简单的几何形状,例如圆形、矩形或直线,可以大大简化计算的过程。
安培环路定理的应用广泛,可以用于解决与电流所产生的磁场相关的问题。
例如,在电磁铁中,可以利用安培环路定理计算铁芯的磁场分布;在电感器中,可以通过该定理计算电感量。
此外,还可以利用安培环路定理推导出其他电磁学中的重要定理,如磁场的叠加定理和比奥-萨伐尔定律等。
综上所述,安培环路定理是电磁学中的一条基本定理,描述了电流所产生的磁场的性质。
通过应用安培环路定理,可以方便地计算出磁场的强度和分布,解决各种与电流和磁场相关的问题,为电磁学的研究和应用提供了重要的理论基础。