匀强磁场中的通电导线
弯弯曲曲的导线,安培力会“变多”吗?
先选一种导线,再改变终点位置。请别急着看结论:弯路更长,是否就意味着合力更大?
折线导线
实际导线
有效长度
合安培力
实际导线长度—
有效长度—
合安培力—
先判断,再揭晓
为什么只看起点和终点?
把弯导线切成很多小段,每一小段受到的安培力为:
ΔF = I · ΔL × B
各段相加时,首尾相接的小位移矢量恰好合成为“从起点指向终点”的矢量,因此:
F合 = I · (L₁ + L₂ + …) × B = I · L有效 × B
这里的 有效长度是起点到终点的有向线段,不是把弯曲导线拉直后的总长。本图中磁场垂直导线所在平面,所以大小为 F合 = IBL有效。
闭合线圈是个很好的自检。
绕一圈又回到起点,端点位移为零,所以匀强磁场中闭合线圈所受安培力的合力一定为零。
但“合力为零”不等于“每段都不受力”。不同位置的力可能组成力矩,使线圈转动。其大小满足 τ = NIBS·sinθ;只有磁矩与磁场平行或反平行等特殊位置,力矩才为零。
适用边界:上述“只看端点”结论依赖匀强磁场和同一稳恒电流。若磁场随位置改变,各小段的磁感应强度不同,就不能直接用端点连线替代整根导线。