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【推導(dǎo)】安培環(huán)路定理的表述和證明

作者:佚名    文章來(lái)源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時(shí)間:2018/10/7

磁感應(yīng)線是套連載閉合載流回路上的閉合線。若取磁感應(yīng)強(qiáng)線的環(huán)路積分,則因B與dL的夾角θ=0,cosθ=1,故在每條線上,從而。安培環(huán)路定理就是反映磁感應(yīng)這一特點(diǎn)的。

安培環(huán)路定理:磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任何閉合環(huán)路L的線積分,等于穿過(guò)這環(huán)路所有電流強(qiáng)度的代數(shù)和的μ0倍。用公式表示有:
其中電流I的正負(fù)規(guī)定如下:當(dāng)穿過(guò)回路L的電流方向與回路L的環(huán)繞方向服從右手法則時(shí),I>0,反之,I<0。如果電流不穿過(guò)回路L,則它對(duì)上式右端無(wú)貢獻(xiàn)。

安培環(huán)路定理的表述和證明 

安培環(huán)路定理的證明,如圖: 
dL是L上的線元,dL'代表載流回路L'上的線元。按照畢奧-薩伐爾定律:
    

畢奧-薩伐爾定律公式 
其中代表dS對(duì)場(chǎng)點(diǎn)P所張的立體角dω,沿L'的積分代表整個(gè)載流回路作位移-dl時(shí)掃過(guò)的帶狀面對(duì)P點(diǎn)所張的立體角ω。所以
假設(shè)以L'為邊界作一曲面S',S'對(duì)P點(diǎn)也張有一定的立體角Ω。當(dāng)L'平移時(shí),Ω隨之改變。如上圖L2'和L1'分別是L'沿-dl平移前后的新、舊位置,令S2'和S1'代表S'的相應(yīng)位置,Ω2和Ω1代表相應(yīng)的立體角。因S2'和S1'和帶狀面組成閉合曲面,它對(duì)于外邊的P點(diǎn)所張的總立體角Ω2-Ω1+ω=0,所以:
        
由于dl是任意的,從而,即磁場(chǎng)正比于載流線圈對(duì)場(chǎng)點(diǎn)所張立體角的梯度。
假設(shè)場(chǎng)點(diǎn)P沿閉合的安培環(huán)路L移動(dòng)一周,則環(huán)路積分 將正比于立體角Ω在此過(guò)程中的總改變量ΔΩ。如果L不與L'套連,則ΔΩ=0,于是: 但是,當(dāng)L與L'套連時(shí),ΔΩ=4π。因此: 。所以安培環(huán)路定理得證。
注意:該定理表達(dá)式中各物理量的意義。I只包括穿過(guò)閉合回路L的電流。B代表空間所有電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和,其中也包括那些不穿過(guò)L的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),只不過(guò)后者的磁場(chǎng)沿閉合環(huán)路積分后的總效果為0。I只包括穿過(guò)閉合回路L的電流。

Tags:安培環(huán)路定理,證明,安培  
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