میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید

چکیده: از طریق محاسبه نشان داده می‌شود که میدان مغناطیسی ناشی از یک سیم‌لوله بی‌نهایت طویل، در خارج آن صفر است.
دوشنبه، 10 آبان 1395
تخمین زمان مطالعه:
پدیدآورنده: علی اکبر مظاهری
موارد بیشتر برای شما
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
  میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید

 

مترجم: فرید احسان لو
منبع:راسخون



 

باساب داسگوپتا
چکیده: از طریق محاسبه نشان داده می‌شود که میدان مغناطیسی ناشی از یک سیم‌لوله بی‌نهایت طویل، در خارج آن صفر است.
هر دانشجوی فیزیک می‌‌داند که در داخل یک سیملوله بی‌نهایت طویل، میدان مغناطیسی یکنواختی در راستای محور وجود دارد اما در خارج آن، این میدان صفر می‌شود. هر مدرس فیزیک هم که نظریه الکترومغناطیس را برای دوره لیسانس تدریس کرده باشد – می‌داند که برای این مطلب، تقریباً هیچ اثبات موجهی در کتب درسی متداول ارائه نشده است. در بسیاری از کتب، برای اثبات صفر بودن میدان مغناطیسی در خارج سیملوله، دلایل سستی آورده می‌شود (در حالی که تعیین میدان مغناطیسی داخل سیملوله با استفاده از قانون مداری آمپر کار آسانی است). سایر کتب هم به محاسبه شدت میدان در نقاط واقع بر محور سیملوله اکتفا می‌کنند. هدف این مقاله، ارائه محاسبه دقیق و قانع کننده‌ای برای میدان مغناطیسی ناشی از یک سیملوله بی‌نهایت طویل (ایده‌آل) است، که می‌توان آن را در دروس الکتریسیته و مغناطیس پیشرفته یا حتی مقدماتی تر در دوره لیسانس به کار برد.
طبق معمول، سیملوله را به شکل یک سطح استوانه‌ای حامل جریان، به شعاع a، در نظر می‌گیریم که محورش در راستای (محور) z یک دستگاه مختصات استوانه‌ای (z , ρ , θ ) باشد. اگر در واحد طول سیملوله n حلقه داشته باشیم و از هر حلقه جریان I در جهت θ عبور کند، چگالی جریان (K) برابر با nI خواهد بود. اگر استوانه را به حلقه‌هایی با پهنای dz' تقسیم کنیم، (شدت) میدان مغناطیسی dH ناشی از حلقه‌ای که در z = z' قرار دارد، در نقطه دلخواه (z , ρ , θ) به سادگی از قانون بیو – ساوار به دست می‌آید.
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
که در آن
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
X ، y ، z و θ بردارهای یکی در جهت‌های مربوط‌اند و حدانتگرال در رابطه (1) از میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئیدتا میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئیداست. به دلیل تقارن، dH باید مستقل از θ باشد، لذا می‌توانیم در رابطه (1)، بدون آنکه از عمومیت معادله کاسته شود، θ را مساوی صفر قرار بدهیم (یعنی میدان را برای نقاط روی محور x در نظر بگیریم). حالا از معادلات 1 تا 4 به سادگی می‌توان مؤلفه‌های دکارتی dH را به دست آورد.
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
مؤلفه‌های (شدت) میدان مغناطیسی H_x ، H_y ، H_z را می‌توان از انتگرال‌گیری معادلات (5) روی z از +∞ تا -∞ به دست آورد.
اگر بخواهیم اول روی θ^' انتگرال بگیریم، مسئله خیلی پیچیده می‌شود. نکته قابل توجه در اینجا این است که اگر اول روی z^' انتگرال‌گیری کنیم، انتگرال‌گیری بعدی روی θ^' را می‌توان خیلی ساده‌تر انجام داد. اگر روی z^' انتگرال بگیریم، نتیجه می‌شود
(6 – الف) میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
(6 – ب) میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
(6 – ج) میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
با استفاده از جدول انتگرال‌ها داریم
(7) میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
بنابراین معادله (6 ج) به شکل زیر خلاصه می‌شود
(8) میدان مغناطیسی منتجه از سولنوئید
که نتیجه مطلوب ماست.

 

ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
مقالات مرتبط
موارد بیشتر برای شما
برای رفع استرس قبل از امتحان چه دعایی بخوانیم؟
برای رفع استرس قبل از امتحان چه دعایی بخوانیم؟
اگر عربی بلد نباشیم، دعا قبول می شود؟
اگر عربی بلد نباشیم، دعا قبول می شود؟
اگر هنگام دعا کلمات را اشتباه بخوانیم چه می شود؟
اگر هنگام دعا کلمات را اشتباه بخوانیم چه می شود؟
تاجرنیا فدراسیون را تهدید کرد: جام را ندهید، سراغ فیفا و AFC می‌رویم
play_arrow
تاجرنیا فدراسیون را تهدید کرد: جام را ندهید، سراغ فیفا و AFC می‌رویم
خیابان‌های نیویورک پس از طوفان شدید به رودخانه تبدیل شدند
play_arrow
خیابان‌های نیویورک پس از طوفان شدید به رودخانه تبدیل شدند
قالیباف: عراق در آستانه خروج نهایی نیروهای خارجی و تثبیت حاکمیت مستقل خود است
play_arrow
قالیباف: عراق در آستانه خروج نهایی نیروهای خارجی و تثبیت حاکمیت مستقل خود است
ویدیویی از لپ‌تاپ دوربین‌دار شیائومی با قابلیت‌های عجیب!
play_arrow
ویدیویی از لپ‌تاپ دوربین‌دار شیائومی با قابلیت‌های عجیب!
خواهر عمران خان: برادرم در زندان تحت شکنجه است
play_arrow
خواهر عمران خان: برادرم در زندان تحت شکنجه است
عدد شوکه‌کننده برای بازسازی انستیتو پاستور
play_arrow
عدد شوکه‌کننده برای بازسازی انستیتو پاستور
ناکامی گروهک مسلح در ورود به مرزهای جنوب شرق کشور
play_arrow
ناکامی گروهک مسلح در ورود به مرزهای جنوب شرق کشور
ادعای ایلان ماسک : کمتر از یکسال تا بازگرداندن بینایی با تراشه مغزی
play_arrow
ادعای ایلان ماسک : کمتر از یکسال تا بازگرداندن بینایی با تراشه مغزی
رای‌دهنده قدیمی جمهوری‌خواه خطاب به ترامپ: «استعفا بده؛ داری کشور را نابود می‌کنی»
play_arrow
رای‌دهنده قدیمی جمهوری‌خواه خطاب به ترامپ: «استعفا بده؛ داری کشور را نابود می‌کنی»
لحظه عجیب تشنج یک ربات انسان‌نما
play_arrow
لحظه عجیب تشنج یک ربات انسان‌نما
حضور معنادار قالیباف بر سر مزار شهید رئیسعلی دلواری
play_arrow
حضور معنادار قالیباف بر سر مزار شهید رئیسعلی دلواری
تصاویری از معارفه رسمی رونالدینیو در راونا ایتالیا
play_arrow
تصاویری از معارفه رسمی رونالدینیو در راونا ایتالیا