静电场中,在计算任意带电体在某点的电场强度时,曾采用微元分割法,把带电体分割成无限多个电荷元dq,每个电荷元dq在场点产生的电场强度为dE,再叠加求和就可以得到带电体在场点产生的电场强度E.对于载流导线来说,可以仿此思路,把载流导线分成许多长度为dl的电流元,电流元为矢量,大小为Idl,方向沿导线上长度元dl的方向,就是电流元处的电流方向,用矢量Idl表示.这样,求出每个电流元Idl在空间某点产生的磁感应强度dB,再利用叠加原理,就可得到载流导线在该点产生的磁感应强度B.
1820年10月,法国物理学家毕奥(J.B.Biot)和萨伐尔(F.Savart)对不同形状的载流导线所激发的磁场做了大量实验研究,根据实验结果分析得出了电流元产生磁场的规律.法国数学和物理学家拉普拉斯(P.S.Laplace)将毕奥和萨伐尔得出的结果归纳为数学公式,总结出电流元产生磁场的规律——毕奥-萨伐尔定律.其内容表述如下:
电流元Idl在空间某点P处产生的磁感应强度dB的大小与电流元Idl的大小成正比,与电流元Idl和电流元到P点的矢径r之间夹角的正弦sinθ成正比,而与电流元到P点的距离r的平方成反比.数学表示式为:
图11.4 电流元激发的磁感应强度
这样式(11.6a)就可写成矢量式:
上式就是毕奥-萨伐尔定律.这是计算电流磁场的基本公式.根据磁场的叠加原理,任意载流导线在P点产生的磁感应强度B为
式中积分是对整个载流导线进行积分.
式(11.7)为矢量式,应用时通常要化为标量式.需指出,毕奥-萨伐尔定律是根据大量实验事实分析得出的结果,无法用实验直接验证.然而由该定律出发得出的结果却与实验符合得很好,这间接地验证了该定律的正确性.
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