分享

​载流直导线激发的磁场

 cosmos2062 2023-09-07 发布于广东

利用毕奥—萨伐尔定律计算了一根载流直导线激发的磁感应强度。

利用毕奥—萨伐尔定律,可以求出一个闭合电流回路激发的磁感应强度在空间中的分布。不过,在毕奥—萨伐尔定律中涉及到矢量的矢量积,并且是三个矢量的两重矢量积,对于一般的闭合电流回路,积分相当困难。只有某些具有特定形状的闭合回路,这些矢量积的乘积结果具有比较简单的形式,才能够比较容易地把积分做出来。

最简单的例子是,一段有限长的载流直导线在空间中激发的磁场。为了求出一段电流激发的磁感应强度,将载流导线分割成无数段无穷短的电流元。根据毕奥—萨伐尔定律写出每一段电流元激发的磁感应强度的表达式,再对整根导线积分,就可以得到整根电流激发的磁感应强度的表达式。

在载流直导线激发磁场的问题中,电流的分布具有轴对称性,预期磁场的分布也具有相同的对称性。因此,以载流导线为轴建立柱坐标系,取朝向电流的流动方向为 轴的正方向,从场点向导线画垂线,垂足作为坐标系的原点。在坐标系的这种选择下,毕奥—萨伐尔定律中的各个矢量可以解析地表示成
把这些解析表达式代入毕奥—萨伐尔定律中,就可以得到
公式中的 是场点所在位置在方位角方向上的单位矢量。在过场点并与 轴垂直的平面上,以坐标原点为中心, 为半径画一个圆周,在圆周上的每一点, 沿圆周在该点的切向。这些概念在讨论柱坐标系时有更细致的说明。

当沿着导线做积分时,上述公式只有两个变化的量 ,并且这两个量之间由以下关系联系起来:
其中  是从电流元指向场点的矢量,  是电流流动方向上的单位矢量,  是  与  之间的夹角。两个式子关联起来可以将其中一个变量 消去,得到 之间的关系:
把这些关系代入 (5) 式中,就可以得到
沿导线从电流始端积分至电流终端,就得到整根载流导线激发的磁场:

从磁感应强度的表达式可以看出,磁感应线是在垂直于导线的平面内以导线为圆心的同心圆。磁场的方向按照右手螺旋法则确定:右手握住导线,大拇指朝向电流流动的方向,四只手指的环绕方向就是磁场的方向。

如果导线是无限长的,或者场点位于导线的中段并贴近导线,则有
磁感应强度的表达式就简化成

今后,我们还会用一种更简单的方法将这个结果推导出来

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多