题目
真空中强度为10A的电流沿轴线方向流过极长的圆柱形导体,在导体的横截面上(直径为4cm)电流均匀分布,则此磁场中磁感应强度最大位置在哪里?最大量值为多少?
真空中强度为10A的电流沿轴线方向流过极长的圆柱形导体,在导体的横截面上(直径为4cm)电流均匀分布,则此磁场中磁感应强度最大位置在哪里?最大量值为多少?
题目解答
答案
根据安培环路定理有

不妨以圆柱体中心轴线为圆心做半径为r的圆。根据半径的大小分为两种情况:
1 r<R=2cm
由于电流沿圆柱体均匀分布,此时有


2 r>R=2cm
此时电流就是流过圆柱体的电流,故有


可见当r<R时,随半径的增加磁感应强度逐渐增加,之后在r>R后随r的增大而减小,故在r=R=2cm处,磁感应强度最大,最大值为

解析
步骤 1:确定电流分布和磁场计算方法
电流沿圆柱形导体均匀分布,根据安培环路定理,可以计算磁场的磁感应强度。安培环路定理表达式为:$\oint \overrightarrow {B}\cdot \overrightarrow {dl}={\mu }_{0}I_{\text{enc}}$,其中$B$是磁感应强度,$I_{\text{enc}}$是穿过环路的电流。
步骤 2:计算r以圆柱体中心轴线为圆心,做半径为r的圆,当r
步骤 3:计算r>R时的磁感应强度
当r>R时,电流就是流过圆柱体的电流,穿过环路的电流为${I}_{\text{enc}}={I}_{0}$。根据安培环路定理,有$B\cdot 2\pi r={\mu }_{0}{I}_{0}$,解得$B=\dfrac {{\mu }_{0}{I}_{0}}{2\pi r}$。
步骤 4:确定磁感应强度最大值
由步骤2和步骤3的计算结果可知,当rR时,磁感应强度随r的增加而减小。因此,磁感应强度最大值出现在r=R时,即在圆柱体表面,最大值为$B=\dfrac {{\mu }_{0}{I}_{0}}{2\pi R}$。
电流沿圆柱形导体均匀分布,根据安培环路定理,可以计算磁场的磁感应强度。安培环路定理表达式为:$\oint \overrightarrow {B}\cdot \overrightarrow {dl}={\mu }_{0}I_{\text{enc}}$,其中$B$是磁感应强度,$I_{\text{enc}}$是穿过环路的电流。
步骤 2:计算r
步骤 3:计算r>R时的磁感应强度
当r>R时,电流就是流过圆柱体的电流,穿过环路的电流为${I}_{\text{enc}}={I}_{0}$。根据安培环路定理,有$B\cdot 2\pi r={\mu }_{0}{I}_{0}$,解得$B=\dfrac {{\mu }_{0}{I}_{0}}{2\pi r}$。
步骤 4:确定磁感应强度最大值
由步骤2和步骤3的计算结果可知,当r