如图所示,已知地球北极地磁场磁感强度B 的大小为6.0×10-5T.如设想此地磁场是由地球赤道上一圆电流所激发的,此电流有多大? 流向如何? N-|||-B-|||-R-|||-题 7-9 图
如图所示,已知地球北极地磁场磁感强度B 的大小为6.0×10-5T.如设想此地磁场是由地球赤道上一圆电流所激发的,此电流有多大? 流向如何?

题目解答
答案
解 设赤道电流为I,则由教材第7 -4 节例2 知,圆电流轴线上北极点的磁感强度

因此赤道上的等效圆电流为

由于在地球地磁场的N 极在地理南极,根据右手螺旋法则可判断赤道圆电流应该是由东向西流,与地球自转方向相反.
解析
本题主要考察圆电流轴线上磁场公式的应用以及右手螺旋定则判断电流方向,具体思路如下:
步骤1:明确圆电流轴线上的磁场公式
题目假设地磁场由赤道圆电流激发,北极点(轴线上一点)的磁感强度需用圆电流轴线上磁场公式计算。对于半径为$R$的圆电流,轴线上任一点$x$处的磁感强度公式为:
$B = \frac{\mu_0 IR^2}{2(R^2 + x^2)^{3/2}}$
北极点位于地球轴线上,且$x = R$(赤道到北极的距离等于地球半径$R$),代入得:
$B = \frac{\mu_0 IR^2}{2(R^2 + R^2)^{3/2}} = \frac{\mu_0 IR^2}{2(2R^2)^{3/2}} = \frac{\mu_0 I}{4\sqrt{2}R}$
步骤2:求解等效圆电流$I$
已知$B = 6.0 \times 10^{-5}\,\text{T}$,$\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\,\text{T·m/A}$,地球半径$R \approx 6.4 \times 10^6\,\text{m}$(题目未给出$R$,但公式中$R$会被消去或隐含),代入公式反解$I$:
$I = \frac{4\sqrt{2}RB}{\mu_0}$
代入数值计算得$I \approx 1.73 \times 10^9\,\text{A}$。
步骤3:判断电流流向
地磁场北极($N$极)在地理南极附近,根据右手螺旋定则:拇指指向磁场$N$极方向(北极点磁场方向向北),四指弯曲方向即为电流流向。因此,赤道圆电流需由东向西流(与地球自转方向相反)。