关于毕奥-萨伐尔定律的研究
毕奥-萨伐尔定律是电磁学的基本公式,是测定空间任意点磁场大小的依据。它是由毕奥和萨伐尔用实验方法得出长直电流对磁极的作用力同距离成反比,拉普拉斯推导出的电流元的磁场公式。
今天我们就来研究一下毕奥-萨伐尔定律,当然我没有看过拉普拉斯对此公式的推导过程。但我给出的是定性分析,不给详细的公式推导。
我门先看公式:
有公式可以看出磁场的大小是与距离的平方成反比,与Idlsinθ成正比,其他的都是常数,我们就不说了。今天我们说的是毕奥-萨伐尔定律与我们库仑力有什么联系。如下图 Idl的方向是竖直向上的。我们以Idl为圆心、半径为ro画了个圆。又以Idl的垂直线与圆的交点o2为圆心,以ro为半径画了个圆。
现在假设有一电荷在t时间内从o1点沿Idl的方向到了c点,时间t内此电荷对垂直与Idl 的o2点的检验电流(也可以看成是一个有运动方向的电荷,为了说明方便我们以后称电荷)的合力为AC,方向如图。下面我们看与o1 o2成θ角的D点受力情况,有图可以看出电荷从o1到c点,相当于在以ro为半径的电荷从o1到B点(BD=ro)合力为o1B,方向如图。无论是从图上还是从理论上我门都不难得出o1C是大于o1B的,也就是说检验电荷在o2点比在D点受的力大,所以我们说在o2点的磁场(与Idl的方向垂直)大于在 D点(与Idl方向成θ角)的磁场。当θ=0时不是Idl对检验电荷没有力,而是在与Idl垂直的方向上没有力,也就是磁场为0(因为磁场力始终与它的运动方向垂直)。磁场与ro成反比就很好解释了,我门不在这里过多说明.此外安培定律和毕奥-萨伐尔定律如出一辙,我们不再说明了。
另外安培在超距作用观点指导下,假定了电流元之间的相互作用遵循牛顿第三定律,然而这个假定与非稳定情况下的实验事实不符,为了电磁理论的自洽,去掉这个假定。我个人认为它是符合牛顿第三定律的,至少我们用库仑力解释的毕奥-萨伐尔定律是符合的。
请看下篇:关于麦克斯韦方程组特别解释
回忆上篇:关于电磁感应和互感的研究
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