Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Классическая электродинамика
Solenoid.svg
Магнитное поле соленоида
Электричество · Магнетизм
ПросмотрОбсуждениеПравить

Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения модуля вектора магнитной индукции в любой точке магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током на некотором рассматриваемом участке. Был установлен экспериментально в 1820 году Био и Саваром. Лаплас проанализировал данное выражение и показал, что с его помощью путём интегрирования, в частности, можно вычислить магнитное поле движущегося точечного заряда, если считать движение одной заряженной частицы током.

Формулировка

Пусть постоянный ток течёт по контуру , находящемуся в вакууме, — точка, в которой ищется поле, тогда индукция магнитного поля в этой точке выражается интегралом (в системе СИ)

Направление перпендикулярно и , то есть перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилу нахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта): направление вращения головки винта дает направление , если поступательное движение буравчика соответствует направлению тока в элементе. Модуль вектора определяется выражением (в системе СИ)

Векторный потенциал даётся интегралом (в системе СИ)

Вывод из уравнений Максвелла

Закон Био — Савара — Лапласа может быть получен из уравнений Максвелла для стационарного поля. При этом производные по времени равны 0, так что уравнения для поля в вакууме примут вид (в системе СГС)

где  — плотность тока в пространстве. При этом электрическое и магнитное поля оказываются независимыми. Воспользуемся векторным потенциалом для магнитного поля (в системе СГС):

Калибровочная инвариантность уравнений позволяет наложить на векторный потенциал одно дополнительное условие:

Раскрывая двойной ротор по формуле векторного анализа, получим для векторного потенциала уравнение типа уравнения Пуассона:

Его частное решение даётся интегралом, аналогичным ньютонову потенциалу:

Тогда магнитное поле определяется интегралом (в системе СГС)

аналогичным по форме закону Био — Савара — Лапласа. Это соответствие можно сделать точным, если воспользоваться обобщёнными функциями и записать пространственную плотность тока, соответствующую витку с током в пустом пространстве. Переходя от интегрирования по всему пространству к повторному интегралу вдоль витка и по ортогональным ему плоскостям и учитывая, что

получим закон Био — Савара — Лапласа для поля витка с током.

Вывод из Лоренц-инвариантности

Литература

  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — 688 с.
  • Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-02-014420-7


ar:قانون بيوت - سافارت bg:Закон на Био-Савар ca:Llei de Biot-Savart cs:Biotův-Savartův zákon cy:Deddf Biot-Savart de:Biot-Savart-Gesetz el:Νόμος των Μπιο-Σαβάρ en:Biot–Savart law es:Ley de Biot-Savart eu:Biot-Savarten legea fi:Biot'n ja Savartin laki fr:Loi de Biot et Savart he:חוק ביו-סבר hu:Biot–Savart-törvény it:Legge di Biot-Savart ja:ビオ・サバールの法則 ko:비오-사바르의 법칙 lt:Bio-Savaro dėsnis nl:Wet van Biot-Savart pl:Prawo Biota-Savarta pt:Lei de Biot-Savart sk:Biotov-Savartov zákon sq:Ligji Biot-Savart sr:Био-Саваров закон sv:Biot-Savarts lag th:กฎของบีโอต์-ซาวารต์ uk:Закон Біо-Савара zh:毕奥-萨伐尔定律

Advertisement