题目
4. 4 电流以密度J沿z方向均匀流过厚度为2d的无限大导体平板(见附图),求空间各点的磁场B.
4. 4 电流以密度J沿z方向均匀流过厚度为2d的无限大导体平板(见附图),求空间各点的磁场B.
题目解答
答案
4. 4 B外=±μ0Jdi,B内=-μ0Jyi.
解析
步骤 1:确定问题的对称性
由于电流密度J沿z方向均匀流过无限大导体平板,且平板的厚度为2d,我们可以利用对称性来简化问题。磁场B在x-y平面上的分布将是对称的,且在z方向上是均匀的。
步骤 2:应用安培环路定理
安培环路定理指出,磁场B沿闭合路径的线积分等于穿过该路径的电流的μ0倍。对于无限大导体平板,我们可以选择一个矩形闭合路径,其一边在导体平板内部,另一边在导体平板外部。
步骤 3:计算导体平板内部的磁场
对于导体平板内部,闭合路径穿过导体平板的电流为Jy,其中y是导体平板内部的坐标。根据安培环路定理,磁场B在导体平板内部的大小为B内=-μ0Jyi,其中i是沿z方向的单位向量。
步骤 4:计算导体平板外部的磁场
对于导体平板外部,闭合路径穿过导体平板的电流为Jd,其中d是导体平板的厚度。根据安培环路定理,磁场B在导体平板外部的大小为B外=±μ0Jdi,其中i是沿z方向的单位向量,正负号取决于闭合路径的方向。
由于电流密度J沿z方向均匀流过无限大导体平板,且平板的厚度为2d,我们可以利用对称性来简化问题。磁场B在x-y平面上的分布将是对称的,且在z方向上是均匀的。
步骤 2:应用安培环路定理
安培环路定理指出,磁场B沿闭合路径的线积分等于穿过该路径的电流的μ0倍。对于无限大导体平板,我们可以选择一个矩形闭合路径,其一边在导体平板内部,另一边在导体平板外部。
步骤 3:计算导体平板内部的磁场
对于导体平板内部,闭合路径穿过导体平板的电流为Jy,其中y是导体平板内部的坐标。根据安培环路定理,磁场B在导体平板内部的大小为B内=-μ0Jyi,其中i是沿z方向的单位向量。
步骤 4:计算导体平板外部的磁场
对于导体平板外部,闭合路径穿过导体平板的电流为Jd,其中d是导体平板的厚度。根据安培环路定理,磁场B在导体平板外部的大小为B外=±μ0Jdi,其中i是沿z方向的单位向量,正负号取决于闭合路径的方向。