也谈无限长载流螺线管的磁场

近年来“大学物理”多次发表了“无限长载流螺线管的磁场”的有关文章,这些文章概括起来存在以下两方面问题:(1)推导仍太繁,冲淡了对主要问题的探讨;(2)错误地得出了轴向面电流密度随倾角α的增大而减少这一结论。本文用更简单易懂的方法,论证“无限长载流螺线管轴向和环向面电流密度、面电流强度与倾角α的关系。从而更清晰地分析出单层、多层螺线管内、外磁场与电流的关系。此方法物理概念清楚,更便于掌握。可提供普通物理教学有关部分的参考。     

电流平面法线与轴线夹角为α时的无限长螺线管磁场

本文利用毕奥一萨伐尔定律和叠加原理,对电流流向不完全与螺线管轴线垂直的螺线管磁场做出定量计算和讨论.     

有限长螺线管磁场的全空间解

无限长螺线管的磁场和大家所熟悉的,但在文献中没有对有限长螺线管磁场全空间解的讨论,我们得到了它的级数解,除了螺线管柱面外,这一级数解处处收敛,用上述级数解计算了几种不同形状的螺线管的磁场,这些结果丰富我们对有线长螺线管磁场的认识。     

无限长直均匀密绕载流螺线管的磁场

针对普通物理学中螺线管模型不能说明的无限长直均匀密绕载流螺线管外的磁感应强度不为零的问题，提出建立与实际更接近的螺线管模型，并给出其解。     

有限长螺线管磁场的边缘效应及应用

本文用安培力公式和场方程导出了对称放置在有限长载流螺线端面附近非均匀磁场中的载流圆环所受到的磁场力的表达式，给出了该效应的实际应用。     

有限长通电螺线管内部空间磁场的模拟

利用叠加原理 ,用计算机模拟计算出有限长通电螺线管内部空间的磁场分布 .结果表明 ,除了螺线管两端之外 ,其内部为非常好的均匀磁场分布 .通过与实验测量结果的比较 ,说明该模拟方法是正确的     

无限长密绕载流螺线管外的磁场

螺线管是用一根长直导线绕成密集排列的螺旋线圈组成的,无限长密绕载流螺线管内的磁场可通过极限方法求出,但管外的磁场,教材却没有仔细讨论,本文着重分析关解决这个问题。     

特种螺线管磁场分布及自感系数的研究

自感是电磁感应现象中的重要概念,关于自感系数的定义可归纳为静态法、动态法、磁能法三种。文章在讨论分析载流长直导线、载流螺线管全空间磁场分布的基础上,利用叠加原理,求解特种螺线管的空间磁场分布;利用磁能法,解析计算长直特种螺线管单位长度的自感系数。     

长直载流螺线管的磁场的研讨

应用新物理模型——螺旋形面电流,根据磁场的边界条件,边值关系,分析讨论了长直载流螺线管激发的磁场分布,得到其磁感应强度为={μ0nIez(rR),μ02πrIeθ(rR).     

长直载流螺线管外部的磁场

建立了较为符合实际的物理模型，并用较简单的计算方法分别给出结果。     

各向异性磁介质中载流直螺线管轴线上的磁场

利用毕奥－萨伐尔定律,并在磁导率μ１１＝μ３３的条件下,可求出各向异性磁介质中载流圆线圈轴线上的磁场,以及载流直螺线管内部的磁场,显然,其使用条件受到限制。为此,有必要导出在μ１１≠μ３３的更一般情况下,各向异性磁介质中载流圆线圈轴线上磁场和载流直螺线管内部的磁向异性磁介质中载流圆线圈轴线上的磁场,使其结果适用范围更广。     

载流疏绕有限长螺线管内轴线上的磁场

讨论了有限长载流疏绕螺线管内轴线上的磁场,并与载流密绕螺线管内轴线上的磁场作了比较．用此分析方法可以求得较完整的载流螺线管内的磁场分布．     

无限长直电流磁场中导体上的电动势

研究了无限长直电流磁场中导体的电动势问题.当电流恒定,导体匀速远离电流,导体上的电动势的大小将随时间t增加而减小;若导体沿着电流方向移动,则电动势为零.当电流随时间按照正弦规律变化而导体静止时,导体上的电动势大小将随时间t按余弦规律变化.     

通电螺线管空间点的磁场

利用直接积分先计算单匝通电线圈在空间点的磁矢势,通过磁场强度矢量与磁矢势的微分关系,求出空间点的磁场,最后通过积分求出螺线管空间点的磁场.     

轴截面为正方形的载流长直螺线管内的磁场

应用磁感强度叠加原理,简洁地给出了轴截面为正方形的载流直螺线管轴线上的磁感强度的计算方法;讨论了在直螺线管的长度远远大于正方形的边长的极限条件下轴线上的磁场分布,结论是轴线上的磁场与轴截面为圆形的载流长直螺线管轴线上的磁场相同.     

磁聚焦法测量螺线管中心磁场

根据带电粒子在磁场中的运动特性,分析了电子束的磁聚焦原理,推导了螺线管中心磁场的计算公式,测量了长直螺线管中心磁场的磁感应强度。该方法测量原理简单、结果可靠。     

基于COMSOL Multiphysics的通电螺线管磁场分析

文中通过载流螺线管模型,分析了有限长螺线管磁感应强度的理论算法,并用仿真软件COMSOL Multiphysics建模并仿真,得到了螺线管模型磁感应强度的三维立体解,形象直观地表现了螺线管空间磁场的分布情况。同时,验证了与理论计算结果的一致性,并为电磁场其他问题的仿真建模提供参考。