题目
四、 (本题8分)如图所示,两根长直导线沿半径方向引向铁环上a、b两点,并且与很远的电源相连,试求铁环中心的磁感应强度。
四、
(本题8分)
如图所示,两根长直导线沿半径方向引向铁环上a、b两点,并且与很远的电源相连,试求铁环中心的磁感应强度。
题目解答
答案
解:
,向里;
,向外。由于
,
所以
。
解析
步骤 1:确定磁感应强度的计算公式
根据毕奥-萨伐尔定律,长直导线在环心处产生的磁感应强度为:
\[ B = \frac{\mu_0 I}{2\pi R} \]
其中,\( \mu_0 \) 是真空磁导率,\( I \) 是电流强度,\( R \) 是导线到环心的距离。
步骤 2:计算两根导线在环心处的磁感应强度
设两根导线的电流分别为 \( I_1 \) 和 \( I_2 \),且它们分别位于环心的两侧,距离环心的距离相同,即 \( R_1 = R_2 = R \)。
因此,两根导线在环心处产生的磁感应强度分别为:
\[ B_1 = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi R} \]
\[ B_2 = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi R} \]
步骤 3:确定磁感应强度的方向
根据右手定则,电流 \( I_1 \) 在环心处产生的磁感应强度方向为向里,电流 \( I_2 \) 在环心处产生的磁感应强度方向为向外。
步骤 4:计算环心处的总磁感应强度
由于两根导线在环心处产生的磁感应强度方向相反,因此环心处的总磁感应强度为:
\[ B = B_1 - B_2 = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi R} - \frac{\mu_0 I_2}{2\pi R} = \frac{\mu_0 (I_1 - I_2)}{2\pi R} \]
步骤 5:根据题目条件确定电流关系
题目中提到 \( I_1 R_1 / I_2 R_2 = I_1 I_1 / I_2 I_2 = 1 \),即 \( I_1 = I_2 \)。
因此,环心处的总磁感应强度为:
\[ B = \frac{\mu_0 (I_1 - I_2)}{2\pi R} = \frac{\mu_0 (I_1 - I_1)}{2\pi R} = 0 \]
根据毕奥-萨伐尔定律,长直导线在环心处产生的磁感应强度为:
\[ B = \frac{\mu_0 I}{2\pi R} \]
其中,\( \mu_0 \) 是真空磁导率,\( I \) 是电流强度,\( R \) 是导线到环心的距离。
步骤 2:计算两根导线在环心处的磁感应强度
设两根导线的电流分别为 \( I_1 \) 和 \( I_2 \),且它们分别位于环心的两侧,距离环心的距离相同,即 \( R_1 = R_2 = R \)。
因此,两根导线在环心处产生的磁感应强度分别为:
\[ B_1 = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi R} \]
\[ B_2 = \frac{\mu_0 I_2}{2\pi R} \]
步骤 3:确定磁感应强度的方向
根据右手定则,电流 \( I_1 \) 在环心处产生的磁感应强度方向为向里,电流 \( I_2 \) 在环心处产生的磁感应强度方向为向外。
步骤 4:计算环心处的总磁感应强度
由于两根导线在环心处产生的磁感应强度方向相反,因此环心处的总磁感应强度为:
\[ B = B_1 - B_2 = \frac{\mu_0 I_1}{2\pi R} - \frac{\mu_0 I_2}{2\pi R} = \frac{\mu_0 (I_1 - I_2)}{2\pi R} \]
步骤 5:根据题目条件确定电流关系
题目中提到 \( I_1 R_1 / I_2 R_2 = I_1 I_1 / I_2 I_2 = 1 \),即 \( I_1 = I_2 \)。
因此,环心处的总磁感应强度为:
\[ B = \frac{\mu_0 (I_1 - I_2)}{2\pi R} = \frac{\mu_0 (I_1 - I_1)}{2\pi R} = 0 \]