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
هیلاری کلینتون: نتانیاهو بیشترین ضربه را به خود اسرائیل زده است
play_arrow
هیلاری کلینتون: نتانیاهو بیشترین ضربه را به خود اسرائیل زده است
وزیر نیرو: ما برق خانه‌ها را بیمه کردیم و به مردم خسارت می‌دهیم
play_arrow
وزیر نیرو: ما برق خانه‌ها را بیمه کردیم و به مردم خسارت می‌دهیم
سرقت از کامیون در حال حرکت در مصر
play_arrow
سرقت از کامیون در حال حرکت در مصر
طعنه اردوغان به رژیم اسرائیل
play_arrow
طعنه اردوغان به رژیم اسرائیل
مردی که اکبر عبدی را در کوه کشف کرد
play_arrow
مردی که اکبر عبدی را در کوه کشف کرد
احترام نظامی افسر عراقی به مزار رهبر شهید انقلاب
play_arrow
احترام نظامی افسر عراقی به مزار رهبر شهید انقلاب
پل B۱ کرج؛ بازسازی یک سازه آسیب‌دیده در جریان است
play_arrow
پل B۱ کرج؛ بازسازی یک سازه آسیب‌دیده در جریان است
ساختمان شیشه‌ای بعد از اصابت موشک‌های سنگرشکن
play_arrow
ساختمان شیشه‌ای بعد از اصابت موشک‌های سنگرشکن
وزیر خارجه پیشین آمریکا: مصرف گسترده مهمات آمریکا در ایران، توان واشنگتن برای دفاع از تایوان را محدود کرده است
play_arrow
وزیر خارجه پیشین آمریکا: مصرف گسترده مهمات آمریکا در ایران، توان واشنگتن برای دفاع از تایوان را محدود کرده است
ادعای روزنامه‌نگار بین‌المللی درباره پیشنهاد ترامپ برای خرید فرمانده سپاه پاسداران!
play_arrow
ادعای روزنامه‌نگار بین‌المللی درباره پیشنهاد ترامپ برای خرید فرمانده سپاه پاسداران!
سناتور آمریکایی: ترامپ جنگ با ایران را باخته و تحریم‌های جدید فقط یک نمایش است
play_arrow
سناتور آمریکایی: ترامپ جنگ با ایران را باخته و تحریم‌های جدید فقط یک نمایش است
سردار آزمون به تیم ملی بازمی‌گردد؟
play_arrow
سردار آزمون به تیم ملی بازمی‌گردد؟
اعترافات صریح ضد انقلاب: جمهوری ‌اسلامی تسلیم‌ناپذیر است
play_arrow
اعترافات صریح ضد انقلاب: جمهوری ‌اسلامی تسلیم‌ناپذیر است
فریاد ضدصهیونیستی در آرژانتین
play_arrow
فریاد ضدصهیونیستی در آرژانتین
قدرت ما در با هم بودن است...
play_arrow
قدرت ما در با هم بودن است...