一、磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量b
1、磁場(chǎng)的外在表現(xiàn):
(1)對(duì)電流有作用力。
(2)對(duì)磁鐵有作用力。
(3)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有作用力。
2、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷作用力的特征
(1)有零力線方向:在磁場(chǎng)中總有一個(gè)特殊方向,當(dāng)電荷在磁場(chǎng)中沿該方向運(yùn)動(dòng)時(shí)不受力,該方向稱為零力線方向,該方向與運(yùn)動(dòng)電荷無(wú)關(guān),反映了磁場(chǎng)本身的性質(zhì),規(guī)定該方向?yàn)榇鸥袘?yīng)強(qiáng)度矢量b的方向。
(2)運(yùn)動(dòng)電荷受到的磁場(chǎng)作用力總是與零力線方向和速度方向垂直。
(3)當(dāng)v與零力線方向有夾角α?xí)r,在任一點(diǎn)受力f∝qvsinα,當(dāng)v與零力線方向垂直時(shí)受力最大,即f┴∝qv┴。
(4)當(dāng)q和v┴改變時(shí),f┴的大小也改變,但比值f┴/(q v┴)在任一點(diǎn)總是常量,顯然,該比值反映了磁場(chǎng)在該點(diǎn)的性質(zhì),與運(yùn)動(dòng)試探電荷無(wú)關(guān),我們可利用該比值來定義描述場(chǎng)本身特性的物理量磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量b。
3、磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量b的定義
在第一章中,問題的分析過程是:電荷間
有力的作用,引入電場(chǎng),用試探電荷測(cè)量
電場(chǎng),定義電場(chǎng)強(qiáng)度e,求出點(diǎn)電荷的場(chǎng)
強(qiáng)公式,引入場(chǎng)強(qiáng)疊加原理,根據(jù)點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式和場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求場(chǎng)強(qiáng)分布(場(chǎng)強(qiáng)疊加法)。在本章中,也要引入場(chǎng)的概念,后給出產(chǎn)生場(chǎng)的規(guī)律。
磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量,其大小等于單位試探電荷以單位速率垂直零力線方向運(yùn)動(dòng)時(shí)在該點(diǎn)所受力的大小,其方向滿足v×b指向f的方向。其數(shù)學(xué)表示式為b=f/qv
單位:特斯拉(t),1t=1×104g高斯
二、磁感應(yīng)線(磁力線)
磁感應(yīng)線:形象描述磁感應(yīng)強(qiáng)度空間分布的曲線;實(shí)際上并不存在。
規(guī)定:
(1)磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)的切線方向等于該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量b的方向;
(2)垂直穿過單位面積的磁感應(yīng)線的根數(shù)等于該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。
三、畢奧—薩伐爾斯定律
畢奧薩伐爾定律主要描述電流元產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小及方向的一個(gè)基本定律,它與電場(chǎng)中的點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式相對(duì)應(yīng),是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律,但無(wú)法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證。
在19世紀(jì)20年代,畢奧和薩伐爾對(duì)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布作了許多實(shí)驗(yàn)研究,并和拉普拉斯一起研究和分析了很多實(shí)驗(yàn)資料,得到了對(duì)應(yīng)微元段電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式。
1、電流元
設(shè)在真空中有電流強(qiáng)度為i的任意形狀的載流導(dǎo)線,其導(dǎo)線截面與所考察的場(chǎng)點(diǎn)p的距離比較可略去不計(jì),這樣的電流稱為線電流。在線電流上取長(zhǎng)為dl的定向線元dl,規(guī)定dl的方向與線元內(nèi)的電流密度j的方向相同,并將乘積idl稱為電流元。
2、畢奧薩伐爾定律
電流元idl在任一場(chǎng)點(diǎn)p產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度db的大小與電流元的大小idl成正比,與電流元到p點(diǎn)的距離r的平方成反比,還與idl同r之間夾角的正弦sinθ成正比。
分析表明,db的方向總垂直于dl與r所構(gòu)成的平面,并沿dl×r的方向(見圖),故可用矢量式表述為:
上式稱為畢奧—薩伐爾定律。
由畢奧—薩伐爾定律可知,電流元idl產(chǎn)生的
db所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)線,是以idl所在的延長(zhǎng)線
為軸,以rsinθ為半徑的圓。在同一圓周上各點(diǎn)的db相等,并隨r增大而減小,但位于軸線上各點(diǎn)的db卻等于零。