题目
边长为2a的等边三角形线圈,通有电流I,则线圈中心处的磁感强度的大小为_____________________________________________________________.
边长为2a的等边三角形线圈,通有电流I,则线圈中心
处的磁感强度的大小为_____________________________________________________________.
题目解答
答案
9 μ 0 I /(4π a )
解析
步骤 1:确定等边三角形线圈的几何中心
等边三角形的几何中心(也称为重心)位于三条中线的交点上,且距离每个顶点的距离相等。对于边长为2a的等边三角形,重心到每个顶点的距离为2a/√3。
步骤 2:应用毕奥-萨伐尔定律
毕奥-萨伐尔定律描述了电流元产生的磁场。对于等边三角形线圈,每个边产生的磁场在中心处叠加。由于对称性,每个边产生的磁场在中心处的垂直分量相互抵消,只有平行于线圈平面的分量叠加。
步骤 3:计算每个边在中心处产生的磁场
每个边在中心处产生的磁场大小为μ0I/(4πr),其中r为边到中心的距离。对于等边三角形,r = a/√3。因此,每个边在中心处产生的磁场大小为μ0I/(4π(a/√3)) = μ0I√3/(4πa)。
步骤 4:计算总磁场
由于等边三角形的对称性,三个边在中心处产生的磁场大小相等,方向相同。因此,总磁场大小为3倍的单个边产生的磁场大小,即3μ0I√3/(4πa) = 9μ0I/(4πa)。
等边三角形的几何中心(也称为重心)位于三条中线的交点上,且距离每个顶点的距离相等。对于边长为2a的等边三角形,重心到每个顶点的距离为2a/√3。
步骤 2:应用毕奥-萨伐尔定律
毕奥-萨伐尔定律描述了电流元产生的磁场。对于等边三角形线圈,每个边产生的磁场在中心处叠加。由于对称性,每个边产生的磁场在中心处的垂直分量相互抵消,只有平行于线圈平面的分量叠加。
步骤 3:计算每个边在中心处产生的磁场
每个边在中心处产生的磁场大小为μ0I/(4πr),其中r为边到中心的距离。对于等边三角形,r = a/√3。因此,每个边在中心处产生的磁场大小为μ0I/(4π(a/√3)) = μ0I√3/(4πa)。
步骤 4:计算总磁场
由于等边三角形的对称性,三个边在中心处产生的磁场大小相等,方向相同。因此,总磁场大小为3倍的单个边产生的磁场大小,即3μ0I√3/(4πa) = 9μ0I/(4πa)。