题目
有一同轴电缆,其尺寸(a)所示.两导体中的电流均为I,但电流的流向相反,导体的磁性可不考虑.试计算以下各处的磁感强度:(1)r<R1;(2)R1<r<R2;(3)R2<r<R3;(4)r>R3.画出B-r图线.
有一同轴电缆,其尺寸(a)所示.两导体中的电流均为I,但电流的流向相反,导体的磁性可不考虑.试计算以下各处的磁感强度:(1)r<R1;(2)R1<r<R2;(3)R2<r<R3;(4)r>R3.画出B-r图线.
题目解答
答案
由上述得
r<R1
R1<r<R2
R2<r<R3
r>R3
磁感强度B(r)的分布曲线如图(b).
解析
步骤 1:r<R1
在r<R1的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B1与电流I和r的关系为:
${B}_{1}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}\dfrac {1}{\pi {{R}_{1}}^{2}}\pi {r}^{2}$
解得:
${B}_{1}=\dfrac {{\mu }_{0}Ir}{2\pi {{R}_{1}}^{2}}$
步骤 2:R1<r<R2
在R1<r<R2的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B2与电流I和r的关系为:
${B}_{2}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}I$
解得:
${B}_{2}=\dfrac {{\mu }_{0}I}{2\pi r}$
步骤 3:R2<r<R3
在R2<r<R3的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B3与电流I和r的关系为:
${B}_{3}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}[ 1-\dfrac {\pi ({r}^{2}-{R}^{2})}{\pi ({{R}_{3}}^{2}-{{R}_{2}}^{2})}T] $
解得:
${B}_{3}=\dfrac {{\mu }_{0}I}{2\pi r}\dfrac {{{R}_{3}}^{2}-{r}^{2}}{{{R}_{3}}^{2}-{{R}_{2}}^{2}}$
步骤 4:r>R3
在r>R3的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B4与电流I和r的关系为:
${B}_{4}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}(1-1)=0$
解得:
${B}_{4}=0$
在r<R1的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B1与电流I和r的关系为:
${B}_{1}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}\dfrac {1}{\pi {{R}_{1}}^{2}}\pi {r}^{2}$
解得:
${B}_{1}=\dfrac {{\mu }_{0}Ir}{2\pi {{R}_{1}}^{2}}$
步骤 2:R1<r<R2
在R1<r<R2的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B2与电流I和r的关系为:
${B}_{2}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}I$
解得:
${B}_{2}=\dfrac {{\mu }_{0}I}{2\pi r}$
步骤 3:R2<r<R3
在R2<r<R3的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B3与电流I和r的关系为:
${B}_{3}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}[ 1-\dfrac {\pi ({r}^{2}-{R}^{2})}{\pi ({{R}_{3}}^{2}-{{R}_{2}}^{2})}T] $
解得:
${B}_{3}=\dfrac {{\mu }_{0}I}{2\pi r}\dfrac {{{R}_{3}}^{2}-{r}^{2}}{{{R}_{3}}^{2}-{{R}_{2}}^{2}}$
步骤 4:r>R3
在r>R3的区域,电流I在半径为r的圆柱面内,根据安培环路定理,磁感强度B4与电流I和r的关系为:
${B}_{4}\cdot 2\pi r={\mu }_{0}(1-1)=0$
解得:
${B}_{4}=0$