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
چه عواملی امت اسلامی را از همگرایی (امت واحده) به واگرایی (گروه‌های متفرق) کشاند؟
چه عواملی امت اسلامی را از همگرایی (امت واحده) به واگرایی (گروه‌های متفرق) کشاند؟
آلبوم «آوای وقف» به مناسبت هفته وقف منتشر شد + دانلود
آلبوم «آوای وقف» به مناسبت هفته وقف منتشر شد + دانلود
تاریخچه، روند توسعه و وضعیت موجود وقف و امور خیریه در آلمان؛ از بنیادهای قرون وسطی تا نهادهای مدنی مدرن
تاریخچه، روند توسعه و وضعیت موجود وقف و امور خیریه در آلمان؛ از بنیادهای قرون وسطی تا نهادهای مدنی مدرن
حمله شدید هوایی اسرائیل به جنوب شرق دیرالبلح
play_arrow
حمله شدید هوایی اسرائیل به جنوب شرق دیرالبلح
محسن رضایی: آمریکا در آینده منطقه جایگاهی نخواهد داشت
play_arrow
محسن رضایی: آمریکا در آینده منطقه جایگاهی نخواهد داشت
ثبت یک شفق قطبی سفید نادر در نروژ
play_arrow
ثبت یک شفق قطبی سفید نادر در نروژ
شلیک ناگهانی محافظ نتانیاهو در خیابان‌های تل‌آویو؛ پای ترور نتانیاهو در میان بود؟ ماجرا چه بود؟ + فیلم
play_arrow
شلیک ناگهانی محافظ نتانیاهو در خیابان‌های تل‌آویو؛ پای ترور نتانیاهو در میان بود؟ ماجرا چه بود؟ + فیلم
ویژگی‌های رهبر انقلاب از زبان حجت‌الاسلام گلپایگانی: اراده الهی و دست قدرت خدا در انتخاب رهبر انقلاب حضور داشت + فیلم
play_arrow
ویژگی‌های رهبر انقلاب از زبان حجت‌الاسلام گلپایگانی: اراده الهی و دست قدرت خدا در انتخاب رهبر انقلاب حضور داشت + فیلم
برای کنترل خشم چه دعاهایی بخوانیم؟
برای کنترل خشم چه دعاهایی بخوانیم؟
برای رهایی از وسواس فکری چه دعاهایی در روایات آمده است؟
برای رهایی از وسواس فکری چه دعاهایی در روایات آمده است؟
قوانین و برنامه‌های توسعه وقف و امور خیریه در کشور آلمان
قوانین و برنامه‌های توسعه وقف و امور خیریه در کشور آلمان
توضیح جرمی به نام مداخله در امور پزشکی از زبان آقای قاضی
play_arrow
توضیح جرمی به نام مداخله در امور پزشکی از زبان آقای قاضی
ترامپ شطرنج‌باز ماهری نبود؛ کیش و مات!
play_arrow
ترامپ شطرنج‌باز ماهری نبود؛ کیش و مات!
خشم شدید شهرام همایون از رویابافی اپوزیسیون و پهلوی
play_arrow
خشم شدید شهرام همایون از رویابافی اپوزیسیون و پهلوی
تیراندازی مرگبار در ایالت مونتانا آمریکا
play_arrow
تیراندازی مرگبار در ایالت مونتانا آمریکا