8.5.2电磁力的虚位移法+-+例题08-5-1_2.pdf
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【8.5.2电磁力的虚位移法】是电磁学中的一个重要概念,它主要应用于分析和计算电磁场中的力。在这个方法中,我们利用虚位移的概念来求解物体在电磁场中所受的力,这在解决一些复杂的电磁问题时非常有用。 在【例题08-5-1】中,我们考虑的是两根无限长平行同向电流传输线之间的电磁力。这样的问题通常涉及到安培定律和毕奥-萨伐尔定律,它们是描述电流产生磁场的基本定律。根据安培定律,电流产生的磁场强度与电流的大小、形状以及观察点的位置有关。而毕奥-萨伐尔定律则提供了一个具体的计算公式,可以用来计算一根直线电流在任意位置产生的磁场强度。 我们采用【磁场法】来求解。当两根导线中流过电流I时,它们会在对方的周围产生磁场。Lorentz力定律告诉我们,电流元素dl在磁场B中会受到一个力F,这个力的大小为F = I * dl * B,方向垂直于电流和磁场的方向。对于两根平行导线,B的大小可以根据毕奥-萨伐尔定律计算得到,并且由于导线是无限长的,我们可以考虑单位长度上的力,即F / dl = 2 * μ₀ * I² / (2 * D),其中μ₀是真空磁导率,D是两根导线的距离。这给出了单位长度上每根导线受到的力,进一步可以计算出两根导线之间的相互作用力。 接下来,我们使用【虚位移法】来求解。这种方法基于能量的观点,考虑系统的电感L和储存的能量W。电感L是描述电路或系统对电流变化的阻碍程度的物理量,其定义为L = ∫(dl / 4π * D),其中dl是电流路径的微小段,D是该段到参考点的距离。系统总电感为各段电感之和。能量W则是电感L和电流I²的乘积,即W = (1/2) * L * I²。在虚位移法中,我们假设有一个虚拟位移D,这不会改变系统的电能,但会导致力的变化。计算出因虚位移D引起的力F,然后除以D,得到单位长度上的力,同样得到了两根导线之间的吸引力。 通过对比两种方法的结果,我们可以发现它们在计算上是等价的,这验证了电磁力的虚位移法的正确性。这种等价性是电磁学中的一般原则,表明能量和力的观点是相互关联的。对于工程和物理问题,选择合适的方法取决于问题的具体情况和计算的便利性。在本例中,两种方法都给出了相同的结果,即单位长度上两根导线之间的电磁力。这个结果可以用于设计和分析电力传输线路、电磁设备等实际问题,确保它们在运行过程中稳定并避免过大的相互作用力。
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