200字
[大学物理] 总复习(1)
2025-12-11
2025-12-12

本文章包含以下章节内容:

  • 真空中的恒定磁场

  • 磁介质

真空中的恒定磁场

恒定电流

电流定义式

I = \frac{dq}{dt}

电流密度

\vec{j} = \frac{dI}{dS}\vec{e_n}
dI = \vec{j}\cdot d\vec{S}

电流连续性方程

\oiint_S \vec{j}\cdot d\vec{S} = \oiint_S dI = -\frac{d\vec Q}{dt}

注意这个负号!

负号代表由内向外

S为导体内任意封闭平面

特别地,当 \frac{dQ}{dt} =0 ,为恒定电流。

欧姆定律

I = \frac{U}{R} = \frac{V_1-V_2}{R}

其中

R = \rho\cdot\frac{l}{S}

\rho 为电阻率。

电导率 \sigma = \frac{1}{\rho},单位为 \Omega^{-1}\cdot m^{-1}

欧姆定律微分形式:

\vec{j} = \sigma\vec{E}

电动势

\epsilon = \int^+_- \vec{F_{Ek}} \cdot d\vec{l}

负到正:内部

由于电源外没有非静电力做功,因此沿回路一圈非静电力做功也等于电动势,公式留作习题

磁场 磁感应强度

洛伦兹力

\vec{F} = q\vec{v}\times\vec{B}

叉乘方向:符合右手螺旋定律

[重点] 毕奥─萨伐尔定律(B-S定律)

原始形式

直接写矢量形式:

d\vec{B} = \frac{\mu_0}{4\pi} \frac{Id\vec l\times\vec{e_r}}{r^2}

描述了电生磁

曲线积分形式省略,感兴趣的话可以自己写一下,此外这个不算是真正的积分,应该算叠加。

实际操作中一般是换元后可以直接求出 Id\vec l\times\vec{e_r} 的微分值,然后用另一个参数去算积分。

二级结论

载流直导线的磁场

B = \frac{\mu_0I}{4\pi a}(cos\theta_1-cos\theta_2)

其中 \theta_1 \theta_2 按顺序为电流正方向与P点的夹角。

\theta_1 = 0 \theta_2 = \pi 易证无限长载流直导线磁场:

B = \frac{\mu_0I}{2\pi a}

圆电流轴线上任意一点的磁场

中心点有:

B_0=\frac{\mu_0I}{2R}

轴线上其他位置有:

B = B_0sin^3\theta

磁矩

\vec{m} = NIS\vec{e_n}

方向与电流方向符合右手螺旋定则

磁矩改写后的公式比较难记,应该也用不上,这里省略。

直螺线管轴线上的磁场

要求 l>>R

内部:

B=\mu_0nI

两端:

B=\frac12\mu_0nI

其中 n 为单位长度内的匝数。

真空中恒定磁场的基本定理

磁感应线——省略

磁通量

单位:Wb

\Phi = \vec{B}\cdot\vec{S}

同样微分形式有:

d\Phi = \vec{B}\cdot d\vec{S}

计算曲面的磁通量求个二重积分就行,在此不过多赘述。

真空磁场的高斯定理

封闭曲面磁通量为0

[重点]真空磁场的安培环路定理

\oint_L\vec{B}\cdot d\vec{l} = \mu_0\sum I_i

或者对于电流连续分布的载流体:

\oint_L\vec{B}\cdot d\vec{l} = \mu_0\iint_S\vec{j}\cdot d\vec{S}

其中S是以闭合回路L为边界的任意曲面

可用于证明无限长的载流直导线磁场、直螺线管中的磁场

磁场对电流的作用

安培定律

d\vec{F} = Id\vec{l}\times\vec{B}

均匀磁场对线圈的作用

M = \vec{m} \times \vec{B}

磁场力与磁力矩的功

A =NI\Delta\Phi

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