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了解安培力定律的基础知识

来源:美国VMAX蓄电池 发布时间:2023-08-07 15:21:25 浏览次数:

安培力定律由安德烈-玛丽·安培发现(他构成了电力单位安培定义的基础)。在不涉及繁琐的数学方程的情况下,我们将了解定律是什么,安培是如何定义的,以及这一开创性的定律如何改变了当时的物理学。

安培力定律

安培力定律指出,两根承载电流的导线之间的吸引力或排斥力与其长度和流过它们的电流强度成正比。如果电流沿相同方向流动,则会发生排斥。如果电流沿相反方向流动,就会发生吸引力。该定律基于静电学的两个基本概念:

  • 毕奥-萨伐尔定律指出,每根载流导线都会在其周围产生磁场,如图1所示。
  • 洛伦兹力是指每个磁场对其场中移动的任何电荷施加的力。

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图 1:查找载流导线周围磁场的经验法则

电磁学基础

根据毕奥-萨伐尔定律和洛伦兹力,磁场与电荷/电流之间存在关系。安培试图通过实验建立这种关系。这些实验最基本的是研究两根载流导线之间的力,如图2所示。这个实验和随后解释其结果的理论奠定了电磁学本身作为物理学领域的基础。

导线之间的安培定律

图 2:载流导线之间的磁场

安培是电流的 SI 单位,定义为两根无限长度、直径可忽略不计且放置在真空中、相距 1 m 的导线之间每单位长度的电磁力。这里的基本假设是导线处于自由空间中,即不存在可以被磁化的物质。如果环境中存在的任何物质被磁化,它就会施加自己的磁力,必须考虑到这一点,因此必须做出这一假设。

力定律的应用

使用安培力定律,可以计算无限导线、无限薄片、环形线圈、螺线管或任何其他规则形状周围的磁场,如下图 3 和图4所示。

安培定律螺线管安培定律环形线圈

图 3:螺线管周围的磁场 图 4:环形线圈周围的磁场

安培力定律被证明是一个基本定律,在他之后,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、威廉·韦伯、伯纳德·黎曼等许多物理学家进一步扩展了它,找到了力本身的基本定义。回到安培的工作,力定律指出,载流导线之间的力与其长度和电流强度成正比。这意味着电流越高,电线之间的吸引力或排斥力越大。