磁與磁場
必歐–沙伐定律(Biot-Savart law)
/ BEE-oh sah-VAR /
必歐–沙伐定律告訴你,一小段載流導線在附近任一點所產生的磁場。如果說安培定律回答的是「一整個對稱排列會產生什麼場?」,那麼必歐–沙伐定律則是從最基本處著手,讓你把每一小段導線的貢獻加起來,不論導線如何彎曲。它回答的問題是:給定一段電流,它究竟一點一點地產生什麼樣的磁場?
每一小段長 dL、載有電流 I 的導線,會在距離 r 處的某一點貢獻一個微小的磁場。這份貢獻的大小為 dB = (mu_0 / (4 pi)) 乘以 I dL sin(theta) / r^2,其中 theta 是該段導線與「連到該點的直線」之間的夾角,mu_0 是真空磁導率(permeability),在國際單位制中為 4 pi 乘 10^-7 的常數。每份貢獻的方向同時垂直於該段導線與連到該點的直線,由右手定則決定。把整條導線加起來(積分)就得到總磁場。注意它按 1/r^2 的反平方遞減,與電荷的庫侖定律相互呼應。
由這一條定律就能推導出標準結果:距離長直導線 r 處的磁場為 B = mu_0 I / (2 pi r),環繞著導線;半徑 R 的圓形線圈中心處磁場為 B = mu_0 I / (2 R)。必歐–沙伐定律是庫侖定律在磁學中的對應版本,也是原則上能計算一切穩定電流磁場的基本配方。
對於一根長直導線,把它所有小段的必歐–沙伐貢獻加總,得到 B = mu_0 I / (2 pi r)。10 A 的電流在 10 cm 處產生約 0.00002 T(0.2 高斯)的磁場,與地球磁場相當。
把每一小段的微小 dB 積分起來,就得到任意電流形狀的磁場。
必歐–沙伐定律適用於穩定(不隨時間變化)的電流。當電流隨時間變化時,完整的處理需要馬克士威方程組,它加入了變化場的效應。
又称
另见