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安培定律三个公式基本内容哪只手右手怎么握

发布时间:2021-09-01 15:23源自:知识作者:小街网阅读()

  安培定律三个公式基本内容哪只手右手怎么握数学表达式
  安培定则,也叫右手螺旋定则,是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则(安培定则一):用右手握住通电直导线,让大拇指指向直导线中电流方向,那么四指指向就是通电导线周围磁场的方向;通电螺线管中的安培定则(安培定则二):用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。
安培定律三个公式基本内容哪只手右手怎么握
  直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。环形电流可看成多段小直线电流组成,对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。直线电流的安培定则是基本的,环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出,直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用,这时电流方向与正电荷运动方向相同,与负电荷运动方向相反。
  在H.C.奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下,A.-M.安培认识到磁现象的本质是电流,把涉及电流、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用,提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。为了克服孤立电流元无法直接测量的困难,安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析,得出了结果。
  但由于安培对电磁作用持超距作用观念,曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设,期望遵守牛顿第三定律(两个物体之间的作用力和反作用力,总是同时在同一条直线上,大小相等,方向相反。),使结论有误。上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设,经修正后的结果。应按近距作用观点理解为,电流元产生磁场,磁场对其中的另一电流元施以作用力。此定则的发现使人类更进一步的掌握了电学原理,为现代社会科技提供了理论基础。
  安培定则与库仑定律相当,是磁作用的基本实验定律,它决定了磁场的性质,提供了计算电流相互作用的途径。
  右手螺旋定则:1、假设用右手握住通电导线,大拇指指向电流方向,那么弯曲的四指就表示导线周围的磁场方向。2、假设用右手握住通电螺线管,弯曲的四指指向电流方向,那么大拇指的指向就是通电螺线管内部的磁场方向。
  公式
  电流元I1dL1对相距r12的另一电流元I2dL2的作用力df12为:
  df12=I2dL2×[(μ0/4π)(I1dL1×r12/r123)]
  式中dL1、dL2的方向都是电流的方向;r21是从I2dL2指向I1dL1的径矢。
  电流元之间的安培力公式可分为两部分。其一是电流元I2dL2在电流元I1dL1(即上述r21)处产生的磁场为
  dB=(μ0/4π)(I2dL2×r21/r213)
  这是毕奥-萨伐尔定律。
  其二是电流元I1dL1在磁场dB中受到的作用力df21为:
  df=IdL×B
  后者即电流元在磁场中的安培力公式。
  发现过程
  在奥斯特通过著名的“奥斯特实验”发现电流的磁效应后,法国物理学家安培又进一步做了大量实验,研究了磁场方向与电流方向之间的关系,并总结出安培定则,也叫做右手螺旋定则。
  主要应用
  右手螺旋定则可以用来找到两个矢量的叉积的方向。由于这用途,在物理学里,每当叉积出现时,就可以使用右手螺旋定则。以下列出一些物理量,它们的方向可以用右手螺旋定则找出:
  一个正在进行转动运动的物体,其角速度和此物体内部任何一点的转动速度。
  施加作用力于某位置所造成的力矩。
  载流导线在四周所产生的磁场。
  随着时间的演进而变化的电通量也会生成磁场。
  移动于磁场的带电粒子所感受到的洛伦兹力。
  移动于磁场的导体,因为动生电动势而产生的感应电流。
  流体在任意位置的涡度。
  由旋转设定的方向
  对于物体或流体的旋转、磁场等等,可以使用右手螺旋定则来设定矢量。逆反过来,对于由矢量设定的旋转的案例,可以用右手定则来了解旋转的转动方式。
  右手螺旋定则可以用于安培定律的两种互补应用方法
  安培右手螺旋定则:将右手的大拇指指向磁场方向,再将其它四根手指握紧电线,则弯曲的方向决定电流的方向。
  螺线管载有的电流,会产生磁场。使用右手螺旋定则,可以判断磁场方向。将右手握住螺线管,四根手指朝着电流方向指去,然后将大拇指沿着螺线管的中心轴伸直,则磁场的方向即为大拇指所指的方向。
  右手螺旋定则也可以用来辨明一条电线四周磁场的方向。对于这用法,右手螺旋定则称为“安培右手螺旋定则”,或“安培定则”。如图1所示,假若将右手的大拇指朝着电线的电流方向指去,再将其它四根手指握紧电线,则四根手指弯曲的方向为磁场的方向。
  在矢量微积分里,右手螺旋定则被用来定义面积矢量和其边界矢量之间的关系:将四根手指指向边界矢量的方向,大拇指为面积矢量的方向。
  螺旋定则
  发明人安培
  我们通常通过以下三种方法辨别地球的南北极:
  1.立木棒垂直于地面,白天时阴影的指向即为北极;但这只限于北回归线以北北极圈以南的人们,所以此种方法不可行;
  2.指南针;但地理北极和地磁北极有区别,故也不可行;
  3.借助星体;北极星和南十字星座;这种方法在夜里可行。
  更深层的问题,出现把我们关于北的概念,推广到宇宙中其他部分的某个星球上时;因为如果“北”这个词有什么普遍的含义,那么任何别的星球也应有北极和南极。那么它的北极究竟是哪一个呢?因为所有的星球看起来都将完全不同。
  天文学家们对此有一个简单的规则,他们称之为“右手螺旋定则”。偶尔地,天文学家们也需要解决这样的问题。圣父基督说不定就是其中之一,至少按照《新科学家》(New Scientist)的一期圣诞特刊的说法是这样。在一篇文章中,当问到我们的太阳系中的某个其他星球或月亮的北极,是否能为圣诞老人提供比地球更好的居所时,贾斯廷·马林斯简洁地描述了这一规则:
  "使你的右手握拳成拇指向上的形状。如果行星的运转方向与你手指的弯曲方向相符,你大拇指所指的就是北极。试着用它比划一下地球的旋转方式(地球的旋转式自西向东,这也是为什么太阳看起来是从东到西运行的原因)。"
  对于地球来说,金星的北极是位于其底部的,因为在我们的太阳系的行星中,金星是在反方向上旋转的。
  力矩
  可分为力对轴的矩和力对点的矩。
  力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。它是代数量,其大小等于力在垂直于该轴的平面上的分力同此分力作用线到该轴垂直距离的乘积;其正负号用以区别力矩的不同转向,按右手螺旋定则确定:以右手四指沿分力方向(X轴/Y轴),且掌心面向转轴(X轴/Y轴)而握拳,大拇指方向(Z轴)与该轴正向一致时取正号,反之则取负号。
  简化方法
  安培定则
  根据安培定则,我们知道,当右手除大拇指的手指手指是线圈的电流方向时,大拇指指向的就是N极。简化过后就是:将螺线管中的电流方向逆时针旋转90°,就是此螺旋管的N极。
  还有另一种方法,是安培定则的一种转换后的方法,我们暂且将它称之为pSqN法。
  pSqN法定义:从螺线管的螺旋口处看螺线管,如果形状是字母"p"状,那么螺旋管的正极就是S极;如果形状是"q"状,那么螺线管正极就是N极。
  为方便记忆,pSqN可以只记忆p-S的对应关系,PS本身是大家所熟悉的图形编辑软件Photoshop的简称,在大量使用后,也广泛成为了一个熟知的动词。
  解释:
  先寻找螺线管的正极,也就是它的电流进入处;
  然后将螺线管旋转过来,看螺线管的旋口处;这时我们可以发现,旋口处的导线缠绕出来的形状,会很像小写字母"p"或小写字母"q";
  如果形状是p,那么螺线管的正极处就是S极,如果形状是q,那么螺线管的正极处就是N极。
  这就是一种螺线管的判定方法pSqN法。
  逆定理:观察螺线管的螺旋口,如果是"p"状,那么S极处,便是这个螺线管的正极;如果是"q"状,那么N极处,便是这个螺线管的正极。
  螺线管的判定方法
  pSqN法适合于学生做题时不靠手在大脑中快速判定螺线管的正负极与N、S极的对应关系。为确保万一,在做题时使用安培定则则可以更安全、保证无错误。
  此外,安培定则可以简化为“上左下右”,即当磁体横放时,电流方向在正面的方向由下而上,则N极在左,即“上左”,反之电流向下时右侧是N极,即“下右”。可通过此法快速判定N极。

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