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大学物理毕奥萨伐尔定律建立过程探究.doc

大学物理毕奥萨伐尔定律建立过程探究

李清越 2017-10-13 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《大学物理毕奥萨伐尔定律建立过程探究doc》,可适用于综合领域,主题内容包含大学物理毕奥萨伐尔定律建立过程探究毕奥萨伐尔定律是描述真空中恒定电流所建立的磁场的定律。它是法国物理学家JB毕奥(JeanBaptisteBiot)符等。

大学物理毕奥萨伐尔定律建立过程探究毕奥萨伐尔定律是描述真空中恒定电流所建立的磁场的定律。它是法国物理学家JB毕奥(JeanBaptisteBiot)和F萨伐尔(FelixSavart)根据对载流回路周围的磁场进行实验研究的结果于年提出。后经拉普拉斯等人的工作将定律表述为目前所见的形式。置于真空中的导线l中有恒定电流Idl是导线的长度元电流Idl在空间任一点P建立磁场其磁感应强度的量值dB与电流元至P点的距离r的平方成反比与Idlsinθ的绝对值成正比(角度θ为电流元Idl与矢量r间的夹角)即式中的比例因子K依赖于所采用的单位制。在国际单位制(SI)中K=μπμ=πHm是真空磁导率。应用矢量式毕奥萨伐尔定律可表示为式中r是从电流元指向P点的单位矢量。整个载流回路l在P点所产生的总磁感应强度B等于该回路的各个电流元所产生的dB之矢量积分即对于体电流分布可用JdV代替上式中的Idl其中J是电流密度矢量dV是体积元。于是毕奥萨伐尔定律可写作如果载流回路周围的空间中有媒质存在媒质的磁化效应将影响空间的磁场(见磁场强度)此时毕奥萨伐尔定律失效。但从工程观点出发除铁磁材料以外其他媒质的磁化效应很弱常予忽略。因此只要不存在铁磁材料仍可应用毕奥萨伐尔定律计算恒定电流建立的磁场。建立过程毕奥和萨伐尔一共做了步实验来逐步证明定律的存在第一个实验实验装置是:一条长直载流导线用来产生磁场磁针用一根丝线悬挂在水平位置上它与金属丝的距离可以调节一个条形磁铁放在一定的水平位置上用来消除地磁场的影响电流产生的磁场将对磁针产生力的作用。毕奥和萨伐尔实验时首先将磁针置于距导线nm处测量它的振动周期并将这个距离作为标准距离。改变磁针与导线之间的距离后再次测量周期最后计算出不同距离处磁针受力与标准距离磁针受力的比值。通过该试验结果毕奥和萨伐尔得出载流长直导线对磁极作用反比于距离r的结论也是人们第一次得到电流磁效应的定量结果并确定了电流对磁极的作用力为横向力。而后拉普拉斯参与了对实验结果的分析类比于库仑定律中点电荷的概念他们引进电流元的概念并开始探索电流元对磁极的作用力规律(在考虑了各种因素之后电流元对磁极的作用力大小可以写为dF=kf(rα)Idl其中k表示和磁极强度相关的比例系数。拉普拉斯对长直导线的分析结果表明如果假设dF与r的平方成反比就可以得到整个直导线对磁极的作用力与距离成反比但是对角度的依赖关系却无法分析因此毕奥设计了第二个实验。第二个实验由毕奥"萨伐尔定律的第一个实验可知对于无限长直载流导线d与F成反比这说明了f(θ)是符合,与,成反比的任意函数。毕奥认为必须用实验证实这个函数确实存在并确定其具体形式。把长直导线,,弯折成与水平面的夹角都为α的,和,该折线与竖直导线和磁针中心都在同一竖直平面内折线与竖直导线处用一纸片隔开。他们设计出此实验的目的是比较载有相等的电流时弯折导线产生的作用力与长直导线产生的作用力的比值。初步实验之后毕奥猜测二力的比值可能是α,,,或者是,,(α,,)。为此他们对不同α值时作用力的比值进行计算特别是毕奥和萨伐尔讨论了α,,,的情况并进行实验验证。若考虑比值为,,(α,,)当α,,,时则倾斜导线与直线的作用力的比值为,(,,,,,,在倾斜导线中通以直导线,倍的电流则它将施加倍的力在磁针上此时比值将变为,(,,,,,,实验测得值为,(,,,,,,二者符合很好由此他们确证了二力的比值为,,(α,,)。在进行了归纳整理后得出

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