^ 1.01.1Jackson, John David. Classical Electrodynamics 3rd ed. New York: Wiley. 1999. Chapter 5. ISBN 0-471-30932-X. 引文格式1维护:冗余文本 (link)
^ 2.02.1Griffiths, David J. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall. 1998: pp. 222–224, 435–440. ISBN 0-13-805326-X. 引文格式1维护:冗余文本 (link)
毕奥, 萨伐尔定律, 在這篇文章內, 向量與标量分別用粗體與斜體顯示, 例如, 位置向量通常用, displaystyle, mathbf, 表示, 而其大小則用, displaystyle, 來表示, 檢驗變數或場變數的標記的後面沒有單撇號, displaystyle, 源變數的標記的後面有單撇號, displaystyle, 在靜磁學裏, 必歐, 沙伐定律, biot, savart, 以方程式描述, 電流在其周圍所產生的磁場, 採用靜磁近似, 當電流緩慢地隨時間而改變時, 例如當載流導線緩慢地移動時, 這定律. 在這篇文章內 向量與标量分別用粗體與斜體顯示 例如 位置向量通常用 r displaystyle mathbf r 表示 而其大小則用 r displaystyle r 來表示 檢驗變數或場變數的標記的後面沒有單撇號 displaystyle 源變數的標記的後面有單撇號 displaystyle 在靜磁學裏 必歐 沙伐定律 Biot Savart Law 以方程式描述 電流在其周圍所產生的磁場 採用靜磁近似 當電流緩慢地隨時間而改變時 例如當載流導線緩慢地移動時 這定律成立 磁場與電流的大小 方向 距離有關 1 必歐 沙伐定律是以法國物理學者让 巴蒂斯特 毕奥與菲利克斯 沙伐命名 让 巴蒂斯特 毕奥必歐 沙伐定律表明 假設源位置為r displaystyle mathbf r 的微小線元素d ℓ displaystyle mathrm d boldsymbol ell 有電流I displaystyle I 則d ℓ displaystyle mathrm d boldsymbol ell 作用於場位置r displaystyle mathbf r 的磁場為 d B m 0 I 4 p d ℓ r r r r 3 displaystyle mathrm d mathbf B frac mu 0 I 4 pi mathrm d boldsymbol ell times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 其中 d B displaystyle mathrm d mathbf B 是微小磁場 這篇文章簡稱磁通量密度為磁場 m 0 displaystyle mu 0 是磁常數 已知電流密度J r displaystyle mathbf J mathbf r 則有 B r m 0 4 p V J r r r r r 3 d 3 r displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathbf J mathbf r times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 mathrm d 3 r 其中 d 3 r displaystyle mathrm d 3 r 為微小體積元素 V displaystyle mathbb V 是積分的體積 在流体力学中 以渦度對應電流 速度對應磁場強度 便可應用必歐 沙伐定律以計算渦線 vortex line 導出的速度 目录 1 概念 1 1 等速運動的點電荷所產生的電場和磁場 2 安培定律和高斯磁定律的導引 3 參閱 4 參考文獻概念 编辑必歐 沙伐定律適用於計算一個穩定電流所產生的磁場 這電流是連續流過一條導線的電荷 電流量不隨時間而改變 電荷不會在任意位置累積或消失 採用國際單位制 用方程式表示 B r m 0 I 4 p L d ℓ r r r r 3 displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 I 4 pi int mathbb L mathrm d boldsymbol ell times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 nbsp 其中 I displaystyle I nbsp 是源電流 L displaystyle mathbb L nbsp 是積分路徑 d ℓ displaystyle mathrm d boldsymbol ell nbsp 是源電流的微小線元素 應用這方程式 必須先選出磁場的場位置 固定這場位置 積分於源電流的路徑 就可以計算出在場位置的磁場 請注意 這定律的應用 隱性地依賴著磁場的疊加原理成立 也就是說 每一個微小線段的電流所產生的磁場 其向量的疊加和給出總磁場 對於電場和磁場 疊加原理成立 因為它們是一組線性微分方程式的解答 更明確地說 它們是馬克士威方程組的解答 當電流可以近似為流過無窮細狹導線 上述這方程式是正確的 但假若導線是寬厚的 則可用包含導線體積V displaystyle mathbb V nbsp 的積分方程式 B r m 0 4 p V J r r r r r 3 d 3 r displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathbf J mathbf r times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 mathrm d 3 r nbsp 其中 J displaystyle mathbf J nbsp 是電流密度 d 3 r displaystyle mathrm d 3 r nbsp 是微小體積元素 必歐 沙伐定律是靜磁學的基本定律 在靜磁學的地位 類同於庫侖定律之於靜電學 必歐 沙伐定律和安培定律的關係 則如庫侖定律之於高斯定律 假若無法採用靜磁近似 例如當電流隨著時間變化太快 或當導線快速地移動時 就不能使用必歐 沙伐定律 必須改用傑斐緬柯方程式 等速運動的點電荷所產生的電場和磁場 编辑 由於點電荷的運動不能形成電流 所以 必須使用推遲勢的方法來計算其電場和磁場 假設一個點電荷q displaystyle q nbsp 以等速度v displaystyle mathbf v nbsp 移動 在時間t displaystyle t nbsp 的位置為w v t displaystyle mathbf w mathbf v t nbsp 那麼 麦克斯韦方程組給出此點電荷所產生的電場和磁場 E q 4 p ϵ 0 1 v 2 c 2 1 v 2 sin 2 8 c 2 3 2 r w r w 3 displaystyle mathbf E frac q 4 pi epsilon 0 frac 1 v 2 c 2 1 v 2 sin 2 theta c 2 3 2 frac mathbf r mathbf w mathbf r mathbf w 3 nbsp B v 1 c 2 E displaystyle mathbf B mathbf v times frac 1 c 2 mathbf E nbsp 其中 8 displaystyle theta nbsp 是v displaystyle mathbf v nbsp 和r w displaystyle mathbf r mathbf w nbsp 之間的夾角 當v 2 c 2 displaystyle v 2 ll c 2 nbsp 時 電場和磁場可以近似為 E q 4 p ϵ 0 r w r w 3 displaystyle mathbf E frac q 4 pi epsilon 0 frac mathbf r mathbf w mathbf r mathbf w 3 nbsp B m 0 q v 4 p r w r w 3 displaystyle mathbf B frac mu 0 q mathbf v 4 pi times frac mathbf r mathbf w mathbf r mathbf w 3 nbsp 這方程式最先由奧利弗 黑維塞於1888年推導出來 稱為必歐 沙伐點電荷定律 2 安培定律和高斯磁定律的導引 编辑這裏 我們要從必歐 沙伐定律推導出安培定律和高斯磁定律 1 2 若想查閱此證明 請點選 顯示 證明必歐 沙伐定律所計算出來的磁場 永遠滿足高斯磁定律 首先 列出必歐 沙伐定律 B r m 0 4 p V d 3 r J r r r r r 3 displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r mathbf J mathbf r times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 nbsp 應用一個向量恆等式 r r r r 3 1 r r displaystyle frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 nabla left frac 1 mathbf r mathbf r right nbsp 將這恆等式帶入必歐 沙伐方程式 由於梯度只作用於無單撇號的坐標 可以將梯度移到積分外 B r m 0 4 p V d 3 r J r r r displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi nabla times int mathbb V mathrm d 3 r frac mathbf J mathbf r mathbf r mathbf r nbsp 應用一個向量恆等式 A 0 displaystyle nabla cdot nabla times mathbf A 0 nbsp 所以 高斯磁定律成立 B 0 displaystyle nabla cdot mathbf B 0 nbsp 證明必歐 沙伐定律所計算出來的磁場 永遠滿足安培定律 首先 列出必歐 沙伐定律 B r m 0 4 p V d 3 r J r r r r r 3 displaystyle mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r mathbf J mathbf r times frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 nbsp 任意兩個向量A 1 displaystyle mathbf A 1 nbsp 和A 2 displaystyle mathbf A 2 nbsp 的叉積 取其旋度 有以下向量恆等式 A 1 A 2 A 2 A 1 A 1 A 2 A 1 A 2 A 2 A 1 displaystyle nabla times mathbf A 1 times mathbf A 2 mathbf A 2 cdot nabla mathbf A 1 mathbf A 1 cdot nabla mathbf A 2 mathbf A 1 nabla cdot mathbf A 2 mathbf A 2 nabla cdot mathbf A 1 nbsp 取旋度於必歐 沙伐方程式的兩邊 稍加運算 可以得到 B r m 0 4 p V d 3 r J r r r r r 3 J r r r r r 3 displaystyle nabla times mathbf B mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r left mathbf J mathbf r cdot nabla frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 mathbf J mathbf r left nabla cdot frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 right right nbsp 應用著名的狄拉克d函數關係式 r r r r 3 4 p d r r displaystyle nabla cdot frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 4 pi delta mathbf r mathbf r nbsp 可以得到 B r m 0 J r m 0 4 p V d 3 r J r r r r r 3 m 0 J r m 0 4 p V d 3 r J r r r r r 3 displaystyle begin aligned nabla times mathbf B mathbf r amp mu 0 mathbf J mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r left mathbf J mathbf r cdot nabla frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 right amp mu 0 mathbf J mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r left mathbf J mathbf r cdot nabla frac mathbf r mathbf r mathbf r mathbf r 3 right end aligned nbsp 注意到x 分量 J r x x r r 3 J r x x r r 3 x x r r 3 J r displaystyle mathbf J mathbf r cdot nabla frac x x mathbf r mathbf r 3 nabla cdot left mathbf J mathbf r frac x x mathbf r mathbf r 3 right frac x x mathbf r mathbf r 3 nabla cdot mathbf J mathbf r nbsp 由於電流是穩定的 J r 0 displaystyle nabla cdot mathbf J mathbf r 0 nbsp 所以 B r x m 0 J x r m 0 4 p V d 3 r J r x x r r 3 m 0 J x r m 0 4 p S d a J r x x r r 3 displaystyle begin aligned nabla times mathbf B mathbf r x amp mu 0 J x mathbf r frac mu 0 4 pi int mathbb V mathrm d 3 r nabla cdot left mathbf J mathbf r frac x x mathbf r mathbf r 3 right amp mu 0 J x mathbf r frac mu 0 4 pi oint mathbb S mathrm d mathbf a cdot mathbf J mathbf r frac x x mathbf r mathbf r 3 end aligned nbsp 其中 d a displaystyle mathrm d mathbf a nbsp 是一個微小源面積元素 S displaystyle mathbb S nbsp 是體積V displaystyle mathbb V nbsp 外表的閉曲面 這個公式右邊第二項目是一個閉曲面積分 只與體積内所包含的被積函數 或體積外表曲面的電流密度有關 而體積可大可小 我們可以增大這體積 一直增大到外表的閉曲面沒有任何淨電流流出或流入 也就是說 電流密度等於零 這樣 就可以得到安培定律 B m 0 J displaystyle nabla times mathbf B mu 0 mathbf J nbsp 參閱 编辑狹義相對論 向量分析 散度定理 安培律參考文獻 编辑 1 0 1 1 Jackson John David Classical Electrodynamics 3rd ed New York Wiley 1999 Chapter 5 ISBN 0 471 30932 X 引文格式1维护 冗余文本 link 2 0 2 1 Griffiths David J Introduction to Electrodynamics 3rd ed Prentice Hall 1998 pp 222 224 435 440 ISBN 0 13 805326 X 引文格式1维护 冗余文本 link 費曼 理查 雷頓 羅伯 山德士 馬修 費曼物理學講義II 2 介電質 磁與感應定律 台灣 天下文化書 2008 pp 142 144 ISBN 978 986 216 231 6 引文格式1维护 冗余文本 link 取自 https zh wikipedia org w index php title 毕奥 萨伐尔定律 amp oldid 74494620, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,