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【推導】安培環路定理的表述和證明

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2018-10-07

磁感應線是套連載閉合載流回路上的閉合線。若取磁感應強線的環路積分,則因B與dL的夾角θ=0,cosθ=1,故在每條線上,從而。安培環路定理就是反映磁感應這一特點的。

安培環路定理:磁感應強度沿任何閉合環路L的線積分,等于穿過這環路所有電流強度的代數和的μ0倍。用公式表示有: 。
其中電流I的正負規定如下:當穿過回路L的電流方向與回路L的環繞方向服從右手法則時,I>0,反之,I<0。如果電流不穿過回路L,則它對上式右端無貢獻。

安培環路定理的表述和證明 

安培環路定理的證明,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對場點P所張的立體角dω,沿L'的積分代表整個載流回路作位移-dl時掃過的帶狀面對P點所張的立體角ω。所以 。
假設以L'為邊界作一曲面S',S'對P點也張有一定的立體角Ω。當L'平移時,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'的相應位置,Ω2和Ω1代表相應的立體角。因S2'和S1'和帶狀面組成閉合曲面,它對于外邊的P點所張的總立體角Ω2-Ω1+ω=0,所以:
        
由于dl是任意的,從而,即磁場正比于載流線圈對場點所張立體角的梯度。
假設場點P沿閉合的安培環路L移動一周,則環路積分 將正比于立體角Ω在此過程中的總改變量ΔΩ。如果L不與L'套連,則ΔΩ=0,于是: 但是,當L與L'套連時,ΔΩ=4π。因此: 。所以安培環路定理得證。
注意:該定理表達式中各物理量的意義。I只包括穿過閉合回路L的電流。B代表空間所有電流產生的磁場強度的矢量和,其中也包括那些不穿過L的電流產生的磁場,只不過后者的磁場沿閉合環路積分后的總效果為0。I只包括穿過閉合回路L的電流。

Tags:安培環路定理,證明,安培  
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