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高斯和安培定理的應(yīng)用

作者:佚名    文章來源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2019-11-07
1、無限長載流圓柱導(dǎo)線內(nèi)外的磁場
    設(shè)圓柱形導(dǎo)體的半徑為,通過的電流強(qiáng)度為。由于電流分布具有軸對(duì)稱性,因此磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布也具有一定的對(duì)稱性。的方向沿環(huán)路 的切線方向,電流 方向成右手螺旋關(guān)系。
    ⑴ 在圓柱體外任取一點(diǎn)與軸線之間的距離為r>R)。以軸線上一點(diǎn) 為圓心、 為半徑過 點(diǎn)作一閉合環(huán)路 ,繞行方向如圖所示。由安培環(huán)路定理, 得

所以

    ⑵ 在圓柱體內(nèi)任取一點(diǎn) 與軸線之間的距離為 )。以軸線上一點(diǎn) 為圓心、 為半徑過 點(diǎn)作一閉合環(huán)路 ,繞行方向如圖所示。因?yàn)閳A柱體內(nèi)的電流只有一部分 通過環(huán)路 。由安培環(huán)路定理,得


圓柱體截面的電流密度為 ,環(huán)路 所包圍的橫截面面積為 ,那么


2、無限長載流螺線管內(nèi)外的磁場 
    設(shè)無限長載流螺線管通有電流 ,單位長度上繞有匝線圈。應(yīng)用安培環(huán)路定理求得螺線管內(nèi)外任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為


由此可見,螺線管內(nèi)任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均與軸線上相同,表明管內(nèi)是均勻磁場;螺線管外磁感應(yīng)強(qiáng)度處處為零,磁場集中在管內(nèi)。
3、載流螺繞環(huán)內(nèi)外的磁場 
    螺繞環(huán)就是繞在圓環(huán)上的螺線形線圈。設(shè)一螺繞環(huán)的平均半徑為 ,線圈的總匝數(shù)為 ,通有電流 ,并且環(huán)上的線圈繞得很密。由電流的對(duì)稱性可知,在與螺繞環(huán)共軸的圓周上,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等,方向沿圓周的切線方向。
    ⑴ 在螺繞環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn) ,以 為圓心、 為半徑過 點(diǎn)作一閉合環(huán)路 ,繞行方向如圖所示。由安培環(huán)路定理,得



式中 是螺繞環(huán)單位長度內(nèi)的匝數(shù)。

    ⑵ 在螺繞環(huán)外的空間作一圓形閉合環(huán)路 ,繞行方向如圖所示。由安培環(huán)路定理,得并使它與螺繞環(huán)共軸,則穿過它的總電流為零,因而

 

    所以,對(duì)于繞得很密的細(xì)螺繞環(huán)來說,它的磁場幾乎全部集中在螺繞環(huán)的內(nèi)部,外部的磁場很弱。環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)線是與螺繞環(huán)共軸的圓,在同一條磁感應(yīng)線上,的大小處處相等,方向遵從右手定則。如果螺繞環(huán)的半徑趨于無窮大,而單位長度的匝數(shù) 和線圈的半徑不變,則環(huán)內(nèi)的磁場是均勻的。從物理實(shí)質(zhì)上來說,這樣的螺繞環(huán)就是無限長螺線管。這就證明了無限長螺線管內(nèi)部磁場是均勻的,而外部磁場為零。

Tags:高斯定理,安培定理,電磁學(xué)  
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