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高斯和安培定理的應用

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2019-11-07
1、無限長載流圓柱導線內外的磁場
    設圓柱形導體的半徑為,通過的電流強度為。由于電流分布具有軸對稱性,因此磁感應強度的分布也具有一定的對稱性。的方向沿環路 的切線方向,電流 方向成右手螺旋關系。
    ⑴ 在圓柱體外任取一點,與軸線之間的距離為r>R)。以軸線上一點 為圓心、 為半徑過 點作一閉合環路 ,繞行方向如圖所示。由安培環路定理, 得

所以

    ⑵ 在圓柱體內任取一點 與軸線之間的距離為 )。以軸線上一點 為圓心、 為半徑過 點作一閉合環路 ,繞行方向如圖所示。因為圓柱體內的電流只有一部分 通過環路 。由安培環路定理,得


圓柱體截面的電流密度為 ,環路 所包圍的橫截面面積為 ,那么


2、無限長載流螺線管內外的磁場 
    設無限長載流螺線管通有電流 ,單位長度上繞有匝線圈。應用安培環路定理求得螺線管內外任一點的磁感應強度為


由此可見,螺線管內任一點的磁感應強度均與軸線上相同,表明管內是均勻磁場;螺線管外磁感應強度處處為零,磁場集中在管內。
3、載流螺繞環內外的磁場 
    螺繞環就是繞在圓環上的螺線形線圈。設一螺繞環的平均半徑為 ,線圈的總匝數為 ,通有電流 ,并且環上的線圈繞得很密。由電流的對稱性可知,在與螺繞環共軸的圓周上,磁感應強度的大小相等,方向沿圓周的切線方向。
    ⑴ 在螺繞環內任取一點 ,以 為圓心、 為半徑過 點作一閉合環路 ,繞行方向如圖所示。由安培環路定理,得



式中 是螺繞環單位長度內的匝數。

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

 

    所以,對于繞得很密的細螺繞環來說,它的磁場幾乎全部集中在螺繞環的內部,外部的磁場很弱。環內的磁感應線是與螺繞環共軸的圓,在同一條磁感應線上,的大小處處相等,方向遵從右手定則。如果螺繞環的半徑趨于無窮大,而單位長度的匝數 和線圈的半徑不變,則環內的磁場是均勻的。從物理實質上來說,這樣的螺繞環就是無限長螺線管。這就證明了無限長螺線管內部磁場是均勻的,而外部磁場為零。

Tags:高斯定理,安培定理,電磁學  
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