Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lek. 7. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

.pdf
Скачиваний:
59
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

6.Магнитное поле движущегося заряда

•Электрический ток – это направленное движение электрических зарядов под действием сил электрического поля.

•Электрический ток создает магнитное поле. Следовательно, всякий движущийся заряд создает в окружающем его пространстве магнитное поле.

•Найдем величину этого поля.

•Согласно закону Био-Савара-Лапласа,

 

 

μ0

 

I dl,r

,

(1)

 

dB =

 

 

 

где

4π

 

 

r 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I = jS; j = qnu I = qnuS

• Подставим выражение для силы тока в (1)

 

μ0

 

 

 

 

μ0

 

qnSdl u,r

 

 

 

qnuS dl,r

 

 

(8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dB = 4π

 

r 3

 

4π

 

r 3

 

 

 

 

• В этой формуле Sdl – объем элемента проводника;

nSdl = dN – количество свободных зарядов в этом проводнике.

• Следовательно магнитную

индукцию, созданную

элементом проводника

 

 

 

 

 

 

 

dl

можно записать в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μ

 

q u,r

 

(9)

 

0

 

 

 

 

 

 

 

dB

 

 

 

 

 

dN

 

 

4π

 

 

r 3

 

• Поделив обе части (9) на количество зарядов dN ,

получим формулу индукции магнитного поля движущегося заряда:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dB

 

= Bq

 

μ

 

 

q u,r

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dN

 

 

 

 

4π

 

 

r 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bq

 

μ

 

q u,r

 

 

 

(10)

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4π

 

 

r 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Как

 

 

следует

из

(10),

q

 

 

покоящийся заряд

магнитное

 

 

поле не создает.

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

u

P • Заметим, что магнитное поле

 

 

 

 

от точки к точке передается с

Рис. 20 Bq конечной скоростью, равной скорости света в вакууме – с. Поэтому индукция в точке P в момент времени t определяется положением заряда не в этот, а в более ранний момент,

а именно, ( t ), где время запаздывания.

• Если скорость движения заряда u << c , то 0 и в

этом случае можно считать, что значение индукции Bq в момент времени t определяется положением за-

ряда в этот же момент. Формула (10) как раз и имеет место для такого случая.

7. Циркуляция вектора магнитной индукции.

Закон полного тока

l

 

B • Проведем

в магнитном

 

поле

 

замкнутый контур

l

 

. Возьмем эле-

 

 

 

 

 

мент этого

контура

длиной

 

 

 

dl

 

dl

и

 

представим его как вектор

 

, прове-

 

dl

 

 

 

Рис. 21

денный в

направлении

обхода

 

контура.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Пусть B вектор индукции магнитного поля в том

месте, где взят элемент dl замкнутого контура l .

• Составим выражение

 

 

Г = (B,dl )

(10)

l

 

•Это выражение называется циркуляцией вектора индукции магнитного поля вдоль замкнутого контура l .

•Вычислим циркуляцию вектора B для простейшего случая, а именно, для магнитного поля, созданного бесконечно протяженным прямым проводником с током I .

 

I

 

• Согласно

закону

Био-Савара-

B

 

Лапласа,

индукция

магнитного

dl

 

 

 

 

поля в точке

 

 

:

 

 

 

 

 

r0

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μ0 I

,

 

 

(11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

B = 2πr0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–

 

радиус

окружности

 

 

 

 

 

(линии индукции), проходящей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 22

 

через точку

P

, лежащей в плоско-

 

сти, перпендикулярной проводни-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ку с током

I

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Вычислим циркуляцию вектора

B

 

вдоль этой

окружности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г = (B,dl ) = Bdlcosα

,

 

 

 

 

 

 

l

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

,

так как

это угол между вектора-ми

 

cosα = 1

 

α

и B. dl

• Следовательно,

 

 

 

 

μ0 I

2πr0

 

μ0 I

 

 

(B,dl) = Bdl =

 

dl =

 

2πr0 = μ0 I

 

2πr

2πr

l

l

0

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B,dl) μ0 I

.

 

(12)

 

 

 

l

 

 

 

 

•Знак формулы (12) зависит от направления обхода

контура (в этом же направлении отсчитывается и угол ).

•Если направление обхода контура образует с направлением тока правовинтовую систему, величина (12) положительна, в противном случае – отрицательна.

 

 

B

• Пусть

контур,

вдоль

 

 

 

которого совершается обход,

 

 

d

отличен

от

окружности,

dl

r0

 

т.е. произвольный (рис. 23).

 

 

 

 

 

• В

каждой точке

этого

 

 

 

контура вектор

касателен

 

Рис. 23

к

окружности,

проходящей

 

через эту точку.

 

 

 

 

 

 

 

• Циркуляция вектора

 

B

:

 

 

 

 

 

 

 

(B, dl ) Bdl cos BdlB

,

(13)

l

l

l

 

 

 

где dlB dl cos проекция вектора dl на направление вектора B , угол между вектором B и вектором dl .

• Однако, как это следует из рис. 23,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dlB r0d

 

 

 

 

 

(14)

• Подставляя (11) и (14) в (13), получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

I 2

 

 

(B, dl )

 

0

 

r0d

0

 

d 0 I

(15)

 

 

2 r

 

2

 

l

l

 

 

0

 

 

 

 

0

 

• Следовательно,

 

и в этом

 

случае циркуляция

 

 

 

 

вектора

B

определяется такой же формулой, как

и в случае кругового контура, а именно:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B, dl ) 0 I

 

(16)

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

• Формула (16) получена для случая прямого тока.

•Можно показать, что формула (16) справедлива и для тока, текущего по проводнику произвольной формы (например, для кругового тока).

•А если контур охватывает не один, а несколько

токов (рис. 24)?

 

 

• В силу принципа суперпози-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

1

I

2

I

3

I

k

ции, циркуляцию вектора

B

по

B

 

 

замкнутому контуру

 

пред-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

dl

 

 

 

 

 

 

 

ставим так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(B, dl ) (Bk dl )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

l

l k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Bk dl ) 0 Ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k l

k

 

Рис. 24

 

 

 

 

 

0 Ik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]