安培环路定理的证明方法

如题所述

以长直载流导线产生的磁场为例,证明安培环路定理的正确性。在长直载流导线的周围作三个不同位置,且不同形状的环路,可以证明对磁场中这三个环路,安培环路定理均成立,(严格证明,大图见参考资料的链接) 在垂直于长直载流导线的平面内,以载流导线为圆心作一条半径为r 的圆形环路l,
则在这圆周上任一点的磁感强度H的大小为
其方向与圆周相切.取环路的绕行方向为逆时针方向,取线元矢量dl,则H与dl间的夹角 ,H沿这一环路 l 的环流为
式中积分 是环路的周长。
于是上式可写成为
从上式看到,H沿此圆形环路的环流 只与闭合环路所包围的电流I 有关,而与环路的大小、形状无关。 在垂直于长直载流导线的平面内,环绕载流直导线作一条如下图所示的任意环路l,取环路的绕行方向为逆时针方向。
在环路上任取一段线元dl,载流直导线在线元dl处的磁感强度B大小为
H与dl的夹角为 ,则H对dl的线积分为
直导线中心向线元的张角为 ,则有 ,所以有
可见,H对dl的线积分与到直导线的距离无关。
那么B对整个环路的环流值为
上述计算再次说明H的环流值 与环路的大小、形状无关。 在垂直于长直载流导线的平面内,在载流直导线的外侧作一条如下图所示的任意环路l,取环路的绕行方向为逆时针方向。
以载流直导线为圆心向环路作两条夹角为 的射线,在环路上截取两个线元 和 。 和 距直导线圆心的距离分别为 和 ,直导线在两个线元处的磁感强度分别为 和 。从上图可以看出 ,而 。利用安培环路定理的证明之二的结论可知 所以有
从载流直导线中心O出发,可以作许多条射线,将环路分割成许多成对的线元,磁感强度对每对线元的标量积之和,都有上式的结果,故 即环路不包围电流时,B的环流值为零。
安培环路定理反映了磁场的基本规律。和静电场的环路定理 相比较,稳恒磁场中B 的环流 ,说明稳恒磁场的性质和静电场不同,静电场是保守场,稳恒磁场是非保守场。

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第1个回答  2021-03-28