畢奧-薩伐爾定律

1、畢奧薩伐爾定律畢奧薩伐爾定律1212級(jí)通信工程一班二組級(jí)通信工程一班二組 一、奧斯特實(shí)驗(yàn)一、奧斯特實(shí)驗(yàn)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(dú)立發(fā)展的獨(dú)立發(fā)展的2 2、丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特、丹麥物理學(xué)家?jiàn)W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(diǎn)的影響，試圖找出電、磁觀點(diǎn)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(cè)：、他猜測(cè)：“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?yàn)?。正是因?yàn)檫@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(shí)驗(yàn)，并于實(shí)驗(yàn)，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?chē)嬖谕妼?dǎo)體周?chē)嬖谥艌?chǎng)著磁場(chǎng)2. 電流的磁場(chǎng)方向跟電流的磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)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(gè)統(tǒng)一學(xué)科誕生 歷史性的突破 此后迎來(lái)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(shí)驗(yàn)，于奧斯特做了有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(guò)兩個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的發(fā)現(xiàn)提出了自己的想法，并通過(guò)兩個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了長(zhǎng)直電流線附近小磁針的受力規(guī)律，爾，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)中的電傳遞給金屬的磁化力運(yùn)動(dòng)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(dá)式。因薩伐爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。因此該定律全稱(chēng)為此該定律全稱(chēng)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(gè)定律的建立為以后的物理學(xué)發(fā)展起到了相當(dāng)這個(gè)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(shí)生活中起到了很大的作用。大的作用，也在現(xiàn)實(shí)生活中起到了很大的作用。 尋找電流元對(duì)磁極作用力的定量規(guī)律尋找電流元對(duì)磁極作用力的定量規(guī)律 認(rèn)為電流對(duì)磁極的作用力是自然界的認(rèn)為電流對(duì)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(rèn)為每一個(gè)受奧斯特橫向力的影響，認(rèn)為每一個(gè)電流元對(duì)磁極的作用力也垂直于導(dǎo)線電流元對(duì)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(wú)孤立的電流元困難是無(wú)孤立的電流元畢奧薩伐爾的實(shí)驗(yàn)研究畢奧薩伐爾的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)P處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)右螺旋前進(jìn)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(chǎng)：場(chǎng)： 取取lIdBdBBdP安培的實(shí)驗(yàn)研究 幾乎在同樣的背景下，安培提出的問(wèn)題更幾乎在同樣的背景下，安培提出的問(wèn)題更深入。深入。 安培認(rèn)為：安培認(rèn)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(lái)源于物質(zhì)的磁性來(lái)源于“分子分子”電流電流 這是安培根據(jù)實(shí)驗(yàn)的種種表現(xiàn)作出的重要這是安培根據(jù)實(shí)驗(yàn)的種種表現(xiàn)作出的重要的抽象的抽象 安培花了兩、三個(gè)月的時(shí)間集中力量研究電流之間的相互作用。安培以極精巧的實(shí)驗(yàn)和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來(lái)，做了四

7、個(gè)實(shí)驗(yàn)。 第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，安培用一無(wú)定向秤檢驗(yàn)對(duì)折通電導(dǎo)線有沒(méi)有作用力，結(jié)果是否定的，從而證明當(dāng)電流反向時(shí)，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(gè)多月時(shí)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(kāi)創(chuàng)了電動(dòng)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(shí)代領(lǐng)路人的極強(qiáng)的洞察力,也是一個(gè)負(fù)責(zé)任的電磁學(xué)奠基人。這充分說(shuō)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(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象與聯(lián)系中，提煉出磁現(xiàn)象安培從錯(cuò)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(lái)風(fēng)；并非空穴來(lái)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(wèn)題問(wèn)題問(wèn)題的深度、廣度和重要性高于其他同問(wèn)題的深度、廣度和重要性高于其他同代人提出的問(wèn)題，顯示出大師風(fēng)范，也反映了正代人提出的問(wèn)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(wèn)題上，面對(duì)難以測(cè)量的困難，巧妙地設(shè)在解決問(wèn)題上，面對(duì)難以測(cè)量的困難，巧妙地設(shè)計(jì)計(jì)示零實(shí)驗(yàn)示零實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)與理論猜測(cè)相結(jié)合，揭示出，設(shè)計(jì)與理論猜測(cè)相結(jié)合，揭示出電流元相互作用應(yīng)具有的特點(diǎn)；電流元相互作用應(yīng)具有的特點(diǎn)；畢奧、薩伐爾、安培的實(shí)驗(yàn)畢奧、薩伐爾、安培的實(shí)驗(yàn) 他們通過(guò)建立有效地實(shí)驗(yàn)方法將微量宏觀化，排除干擾因素。2、畢奧薩伐爾

9、實(shí)驗(yàn)中用一個(gè)條形磁鐵放在一定的水平位置上，用來(lái)消除地磁場(chǎng)的影響，也就是示零法。1、畢奧薩伐爾實(shí)驗(yàn)中通過(guò)測(cè)量磁針振蕩的周期也就間接測(cè)量了載流長(zhǎng)直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用在小磁針磁極上的力。3、安培的四個(gè)示零實(shí)驗(yàn) 示零實(shí)驗(yàn)，就是結(jié)果顯示為零的實(shí)驗(yàn)，示零實(shí)驗(yàn)常常與補(bǔ)償法聯(lián)系在一起，補(bǔ)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(lèi)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(lái)，就叫B對(duì)A進(jìn)行了補(bǔ)償。示零法在試驗(yàn)中具有獨(dú)特的作用，大大提高了測(cè)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(jì)放大法 在被測(cè)物理量能夠簡(jiǎn)單重疊的條件下，將其延展若干倍，再進(jìn)行測(cè)量。如測(cè)量單擺周期。2、機(jī)

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