安培环路定理为什么不能在有限长载流直导线中使用? 我发现若是在有限长的载流直导线中用安培

安培环路定理为什么不能在有限长载流直导线中使用? 我发现若是在有限长的载流直导线中用安培环路定理的结果,与毕奥-萨伐尔定律的结果完全不一样,但毕奥-萨伐尔定律不会错。书本上推倒安培环路定理也仅仅是讨论了无限长通电直导线的情况,好像并不全面,于是我在网上看了看,安培环路定理确实对于一切电流都是成立的,那又为什么不能运用到有限长的,所以我感觉书上对安培环路定理的适用范围还是不明确。到底怎么回事啊?

其实是这样的:
从历史发展的角度来说,毕奥-萨伐尔定律是从大量的实验事实中总结出来的,后来安培对这两个人的实验结果进行了一些理论概括和数学分析,得到了安培环路定理
从现代电磁学的理论结构看,安培环路定理是电磁学四个基本方程之一,而毕奥-萨伐尔定律很自然地成为了环路定理的推论。
事实上安培环路定理适用于一切情况,但是这里面有一个问题,环路定理实际上表明了磁场强度H(或者磁感应强度B都行)与宏观电流I的关系,然而这两个都是积分量而不是微分量。因此在你应用环路定理进行实际计算的时候必须有一个假设,那就是磁场H或者B的空间分布应当事先被确定地知道或者是具有明显的对称性(从而能够将繁复的三维曲线积分简化为简单的代数运算,就像无限长载流直导线的情况一样)。
你在把环路定理应用到有限长直导线的时候,由于这种情况下磁场并没有导线无限长时那样严格而完美的对称性(无限长直导线的磁场是柱对称的,而且可以简化为平行平面场来分析,事实上也确实是这么分析的,然而有限长直导线磁场是轴对称的,也不是平行平面场)。也就是说你在对有限长载流导线用环路定理的时候,隐含了一个这个场具有很完美的对称性的假设,然而这个假设并不符合实际,所以你当然不会得出正确的结果。
至于毕奥定律就没有这个情况,出现在毕奥定律中的电流元是微分量,你在应用它的时候只需要正确算出这个并不是很好算的积分就行了,这里面没有对磁场本身的对称性提出任何要求,所以它原则上也可以用来计算任何形状电流产生的磁场。只不过是计算的复杂程度问题。
其实环路定理和毕奥定律是等效的,理论上说可以互相导出,你在有限长载流导线问题上出现的两种不同的结果仅仅是因为你在应用的时候没考虑到简化过程中的隐含假设,而不是说定理本身的问题。
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第1个回答  2018-12-04
别人回答的都很肤浅,不是实质的东西,所谓预先判断对称性并不严密,很多时候很难根据直觉来判断。正确原因是:有限长载流直导线,电流流向一端,由于电流没有其它路径可走,电荷会在两端聚集。电荷随时间线性增长,那么由于电荷增多,产生的电场也会随时间增加。此时,电场是随时间变化的,根据麦克斯韦的位移电流的概念——变化的电场就会产生磁场。所以空间某点的磁场等于使用安培环路定理计算出来的磁场加上变化的电场产生的磁场。
第2个回答  2020-08-31
我做题是把安培环路定理的使用条件加了一个对于完整回路电流可用。而有限长的直电流,忽略掉的部分电流或者是电荷集聚产生位移电流之类的问题都会对安培环路定理结果产生影响。而毕奥萨伐尔定律针对微元,可以仅仅求一部分电流产生的磁场。
也就是说安培环路定理不仅仅是要求对磁场进行环线的积分,而且也只应用于环形电流。所以一般只有有无限条件时,才可能因为其他部分电流影响很小而忽略时,用于解题和出题。
第3个回答  2020-08-12
安培环路定理是由毕奥萨法尔定理推出来的,用毕奥萨法尔计算有限长导线的B分布时,假设导线无限长,就有了安培环路定理
第4个回答  2015-12-28
无限长只是处于对称状态,可以忽略一些无力参量,这样计算量就减轻了.
课本上也没有说不能用在有限长啊,课本上的例题也有有限长的情况,这样的话要去几个参数,但是把这些表示长度的参数趋近于无穷 ,不就和安培环路定义又一样了?
蛤蛤追问

课本上对于有限长的是用毕奥-萨伐尔定律计算的,如果直接用安培环路定理的话,会有矛盾,而且课表上对安培环路定理的证明也只是针对于无限长直导线

追答

呵呵

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