畢奧-薩伐爾定律

1、畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律1212級通信工程一班二組級通信工程一班二組 一、奧斯特實驗一、奧斯特實驗1 1、1919世紀(jì)世紀(jì)2020年代前，磁和電是年代前，磁和電是獨立發(fā)展的獨立發(fā)展的2 2、丹麥物理學(xué)家奧斯特、丹麥物理學(xué)家奧斯特, , 深受深受康德哲學(xué)關(guān)于康德哲學(xué)關(guān)于“自然力自然力”統(tǒng)一統(tǒng)一觀點的影響，試圖找出電、磁觀點的影響，試圖找出電、磁之間的關(guān)系之間的關(guān)系 3 3、他猜測：、他猜測：“如果電流能夠產(chǎn)如果電流能夠產(chǎn)生磁效應(yīng)的話，這種效應(yīng)就不可生磁效應(yīng)的話，這種效應(yīng)就不可能在電流的方向上發(fā)生，這種作能在電流的方向上發(fā)生，這種作用很可能是橫向的用很可能是橫向的”。正是因為。正是因為這樣的假

2、設(shè)，奧斯特做了有關(guān)的這樣的假設(shè)，奧斯特做了有關(guān)的實驗，并于實驗，并于18201820年年7 7月月2121日發(fā)現(xiàn)日發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。了電流的磁效應(yīng)。1. 通電導(dǎo)體周圍存在通電導(dǎo)體周圍存在著磁場著磁場2. 電流的磁場方向跟電流的磁場方向跟電流方向有關(guān)電流方向有關(guān)裝置：裝置：結(jié)論：結(jié)論：電流方向電流方向電流方向電流方向直導(dǎo)線直導(dǎo)線奧斯特實驗意義 揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的聯(lián)系 宣告電磁學(xué)作為一個統(tǒng)一學(xué)科誕生 歷史性的突破 此后迎來了電磁學(xué)蓬勃發(fā)展的高潮 二、畢奧薩伐爾定律的發(fā)現(xiàn)畢奧薩伐爾定律的發(fā)現(xiàn)奧斯特做了有關(guān)的實驗，于奧斯特做了有關(guān)的實驗，于18201820年年7 7月月2121日發(fā)現(xiàn)了電流日發(fā)現(xiàn)

3、了電流的磁效應(yīng)。隨后實驗物理學(xué)家畢奧和薩伐爾根據(jù)奧斯特的磁效應(yīng)。隨后實驗物理學(xué)家畢奧和薩伐爾根據(jù)奧斯特的發(fā)現(xiàn)提出了自己的想法，并通過兩個相關(guān)的實驗驗證的發(fā)現(xiàn)提出了自己的想法，并通過兩個相關(guān)的實驗驗證了他們有關(guān)電流磁效應(yīng)的假設(shè)。在了他們有關(guān)電流磁效應(yīng)的假設(shè)。在18201820年，畢奧和薩伐年，畢奧和薩伐爾，通過實驗測量了長直電流線附近小磁針的受力規(guī)律，爾，通過實驗測量了長直電流線附近小磁針的受力規(guī)律，發(fā)表了題為發(fā)表了題為“運動中的電傳遞給金屬的磁化力運動中的電傳遞給金屬的磁化力”的論文，的論文，在數(shù)學(xué)家拉普拉斯的幫助下，將電流載體轉(zhuǎn)換為電流元在數(shù)學(xué)家拉普拉斯的幫助下，將電流載體轉(zhuǎn)換為電流元的情況

4、，并得出了畢奧的情況，并得出了畢奧- -薩伐爾定律的數(shù)學(xué)表達式。因薩伐爾定律的數(shù)學(xué)表達式。因此該定律全稱為此該定律全稱為畢奧畢奧- -薩伐爾薩伐爾- -拉普拉斯定拉普拉斯定律律。這個定律的建立為以后的物理學(xué)發(fā)展起到了相當(dāng)這個定律的建立為以后的物理學(xué)發(fā)展起到了相當(dāng)大的作用，也在現(xiàn)實生活中起到了很大的作用。大的作用，也在現(xiàn)實生活中起到了很大的作用。 尋找電流元對磁極作用力的定量規(guī)律尋找電流元對磁極作用力的定量規(guī)律 認為電流對磁極的作用力是自然界的認為電流對磁極的作用力是自然界的基本力基本力 受奧斯特橫向力的影響，認為每一個受奧斯特橫向力的影響，認為每一個電流元對磁極的作用力也垂直于導(dǎo)線電流元對磁極

5、的作用力也垂直于導(dǎo)線與磁極構(gòu)成的平面與磁極構(gòu)成的平面 困難是無孤立的電流元困難是無孤立的電流元畢奧薩伐爾的實驗研究畢奧薩伐爾的實驗研究Idldf 把電流分割成把電流分割成許多電流元許多電流元還和幾何因素如還和幾何因素如 有關(guān)有關(guān), r幾何關(guān)系的確定畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律 任一電流元Idl 在空間某點P處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度 dB 的大小與電流元Idl 的大小成正比，與電流元Idl 所在處到 P點的矢徑r和電流元Idl 之間的夾角的正弦成正比， 而與電流元Idl 到P點的距離的平方成反比 。 dB的方向垂直于dl和矢徑r所組成的平面，指向由電流元Idl 經(jīng)小于180的角轉(zhuǎn)向r時右螺旋前進的方向

6、。lIdBd30d4drrlIBr真空中的磁導(dǎo)率真空中的磁導(dǎo)率 270AN104大?。捍笮。?0sind4drlIB方向：右螺旋法則方向：右螺旋法則 磁磁 場：場： 取取lIdBdBBdP安培的實驗研究 幾乎在同樣的背景下，安培提出的問題更幾乎在同樣的背景下，安培提出的問題更深入。深入。 安培認為：安培認為： 磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流 物質(zhì)的磁性來源于物質(zhì)的磁性來源于“分子分子”電流電流 這是安培根據(jù)實驗的種種表現(xiàn)作出的重要這是安培根據(jù)實驗的種種表現(xiàn)作出的重要的抽象的抽象 安培花了兩、三個月的時間集中力量研究電流之間的相互作用。安培以極精巧的實驗和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來，做了四

7、個實驗。 第一個實驗，安培用一無定向秤檢驗對折通電導(dǎo)線有沒有作用力，結(jié)果是否定的，從而證明當(dāng)電流反向時，它產(chǎn)生的作用也相反。 從1820年7月奧斯特發(fā)表電流的磁效應(yīng)到12月安培提出安培定律，這期間僅僅經(jīng)歷了四個多月時間。但電磁學(xué)卻經(jīng)歷了從現(xiàn)象的總結(jié)到理論的歸納這一大飛躍，從而開創(chuàng)了電動力學(xué)的理論。這些成就的取得不僅體現(xiàn)了科學(xué)家作為時代領(lǐng)路人的極強的洞察力,也是一個負責(zé)任的電磁學(xué)奠基人。這充分說明創(chuàng)新要注意相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展。 啟示 安培從錯綜復(fù)雜的現(xiàn)象與聯(lián)系中，提煉出磁現(xiàn)象安培從錯綜復(fù)雜的現(xiàn)象與聯(lián)系中，提煉出磁現(xiàn)象的本質(zhì)的本質(zhì) 并非空穴來風(fēng)；并非空穴來風(fēng)； 提出尋找電流、電流之間的相互作用的定

8、量規(guī)律提出尋找電流、電流之間的相互作用的定量規(guī)律問題問題問題的深度、廣度和重要性高于其他同問題的深度、廣度和重要性高于其他同代人提出的問題，顯示出大師風(fēng)范，也反映了正代人提出的問題，顯示出大師風(fēng)范，也反映了正確抽象、洞察本質(zhì)的重要性；確抽象、洞察本質(zhì)的重要性； 在解決問題上，面對難以測量的困難，巧妙地設(shè)在解決問題上，面對難以測量的困難，巧妙地設(shè)計計示零實驗示零實驗，設(shè)計與理論猜測相結(jié)合，揭示出，設(shè)計與理論猜測相結(jié)合，揭示出電流元相互作用應(yīng)具有的特點；電流元相互作用應(yīng)具有的特點；畢奧、薩伐爾、安培的實驗畢奧、薩伐爾、安培的實驗 他們通過建立有效地實驗方法將微量宏觀化，排除干擾因素。2、畢奧薩伐爾

9、實驗中用一個條形磁鐵放在一定的水平位置上，用來消除地磁場的影響，也就是示零法。1、畢奧薩伐爾實驗中通過測量磁針振蕩的周期也就間接測量了載流長直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場作用在小磁針磁極上的力。3、安培的四個示零實驗 示零實驗，就是結(jié)果顯示為零的實驗，示零實驗常常與補償法聯(lián)系在一起，補償法的定義如下：某系統(tǒng)受某種作用產(chǎn)生A效果，受另一種同類作用產(chǎn)生B效應(yīng)，如果由于B效應(yīng)的存在而使A效應(yīng)顯示不出來，就叫B對A進行了補償。示零法在試驗中具有獨特的作用，大大提高了測量精度，修正系統(tǒng)誤差，為理論提供依據(jù)。微量變宏觀化1、累計放大法 在被測物理量能夠簡單重疊的條件下，將其延展若干倍，再進行測量。如測量單擺周期。2、機

10、械放大法 利用機械部件之間的幾何關(guān)系，使標(biāo)準(zhǔn)單位量在測量過程中得到放大，如螺旋測微器和顯微鏡。3、電子電路放大法 在電磁類實驗中，微小的電流或電壓，需要用電子儀器放大再測量。4、光學(xué)放大法一種是通過光學(xué)儀器形成放大得像，如測微目鏡；另一種是通過測量放大后的物理量，如拉伸法測量楊氏彈性模量使用的光杠桿。干擾因素 在物理實驗中干擾因素很多，這里就電磁波實驗的干擾因素處理進行討論。 畢奧薩伐爾實驗中的干擾因素主要是地磁場，所以消除地磁場很必要，試驗中用一個條形磁鐵放在一定的水平位置上，用來消除地磁場的影響。也可以加大流過導(dǎo)線的電流，拉近磁針和導(dǎo)線的距離等。類比法 類比法 也叫“比較類推法”，是指由一類事物所具有的某種屬性，可以推測與其類似的事物也應(yīng)具有這種屬性的推理方法。其結(jié)論必須由實驗來檢驗，類比對象間共有的屬性越多，則類比結(jié)論的可靠性越大 類比法的應(yīng)用 在實驗中經(jīng)常運用類比法，盧瑟福在研究原子的核式結(jié)構(gòu)時，就運用類比的方法 。 牛頓第一個