8-3 毕奥萨伐尔定律 modified
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1820年,法国物理学家比奥特(Biot)和萨瓦特(Savart)通过实验,测量了一条长直电流线附近的小磁针的力定律,并发表了一篇论文,题为“传递给运动中的金属的电的磁化力”。 后来被称为比奥-萨瓦特定律。 后来,在数学家拉普拉斯(Laplace)的帮助下,该定律以数学公式表示。
毕奥-萨伐尔定律:载流导线上的电流元Idl在真空中某点P的磁感度dB的大小与电流元Idl的大小成正比,与电流元Idl和从电流元到P点的位矢r之间的夹角θ的正弦成正比,与位矢r的大小的平方成反比。
dB的方向垂直于Idl和r所确定的平面,当右手弯曲,四指从方向沿小于π角转向r时,伸直的大拇指所指的方向为dB的方向,即dB、Idl、r三个矢量的方向符合右手螺旋法则。
叠加原理:
与点电荷的场强公式相似,毕奥——萨伐尔定律是求电流周围磁感强度的基本公式.磁感强度B也遵从叠加原理.因此,任一形状的载流导线在空间某一点P的磁感强度B,等于各电流元在该点所产生的磁感应强度dB的矢量和。
特点:
从课程论和物理学课自身特点的角度来分析毕奥-萨伐尔定律,它体现的学科特点有以下几点:(1)是稳恒电流磁场的关键知识点;(2)具有高度的抽象性;(3)使用数学工具的复杂性;(4)掌握“方法”比掌握“内容”更重要;(5)在探索知识的过程中体现“把握本质联系,揭示事物发展内在规律性”的唯物辩证法观点。
毕奥—萨伐尔定律
1820年,毕奥和萨伐尔通过实验得到了载流导线周围磁场与电流的定量关系,拉普拉斯又以公式的形式概括得出电流元产生磁感强度dB的规律。
为计算电流为I的导线在空间某点户产生的磁感强度B,设想将载流导线分割成许多电流元,用矢量dlI表示.线元dl的方向与电流流向一致。毕奥—萨伐尔定律指出:载流导线上的电流元dlI在真空中某点P的磁感度dB的大小与电流元dlI的大小成正比,与电流元dlI和从电流元到P点的位矢r之间的夹角的正弦成正比,与位矢r的大小的平方成反比,即
20sin4rdlIdB
(9-2a)
上式中,40为比例系数,0称为真空磁导率,其值为
270104AN
dB的方向垂直于dlI和r所确定的平面,当右手弯曲,四指从dlI方向沿小于角转向r时,伸直的大姆指所指的方向为dB的方向, 即dB、dlI、r三个矢量的方向符合右手螺旋法则,如图9—2所示, 因此,可将式(9—2a)写成矢量形式 2004rrdlIdB
(9-2b)
上式中,r0为位矢r的单位矢量.此即毕奥——萨伐尔定律的公式表述。
与点电荷的场强公式相似,毕奥——萨伐尔定律是求电流周围磁感强度的基本公式.磁感强度B也遵从叠加原理.因此,任 一形状的载流导线在空间某一点P的磁感强度B,等于各电流元在该点所产生的磁感应强度dB的矢量和, 即 LrrIdldBB2004
(9-3)
例9-1 例9-1 求载流直导线周围的磁场。
解: 设有长为L的直导线上通有电流I,求距离此导线为a处一点P的磁感应强度。在直导线上任取一电流元
Idl,它到P点的位矢为r,P点到直线的垂足为O,电流元到O的距离为l,Idl与r的夹角为θ,如左图所示。根据毕萨定律可得该电流元在P点的磁感应强度dB的大小为
毕奥-萨伐尔定律公式
毕奥-萨伐尔定律公式是描述电磁感应现象的重要公式之一,它是由法国物理
学家毕奥和英国物理学家萨伐尔分别独立提出的,因此也被称为毕萨定律。
该定律表述了当一个闭合电路中的磁通量发生变化时,该电路内会产生电动势。
具体来说,如果一个电磁感应器中的磁通量Φ发生变化,那么在该感应器两端就
会产生一个电动势E,其大小与磁通量变化率的绝对值成正比。
毕奥-萨伐尔定律公式可以用一个简单的公式来表达:
E = -dΦ/dt
其中,E是感应电动势的大小,Φ是穿过感应电路的磁通量,t是时间,d/dt表
示对时间的导数运算。公式中的负号表示感应电动势的方向与磁通量变化的方向相
反。
需要注意的是,该定律只适用于闭合电路中的感应电动势。对于非闭合电路,
根据法拉第电磁感应定律,产生的感应电动势大小与闭合电路中的相同,但方向可
能不同。
总的来说,毕奥-萨伐尔定律公式是电磁学中一个非常重要的公式,广泛应用
于各种电磁感应现象的分析和设计中。
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