Magnetosztatika példák - Párhuzamos, végtelen vezetők mágneses tere

A Fizipedia wikiből
Navigáció Pt·1·2·3
Kísérleti fizika gyakorlat 2.
Gyakorlatok listája:
  1. Erőhatások elektromos erőtérben, elektromos térerősség
  2. Elektromos potenciál
  3. Dielektrikumok, Gauss-tétel. Kapacitás, kondenzátorok
  4. Kapacitás, kondenzátorok. Elrendezések energiája
  5. Vezetőképesség, áramsűrűség
  6. Biot-Savart törvény, gerjesztési törvény
  7. Erőhatások mágneses térben
  8. Mágneses térerősség. Kölcsönös és öninduktivitás
  9. Az indukció törvénye, mozgási indukció
  10. Mágneses tér energiája. Váltakozó áram, eltolási áram
Magnetosztatika - Biot-Savart törvény, gerjesztési törvény
Feladatok listája:
  1. Egyenes vezető mágneses tere
  2. Egyenes vezető mágneses tere 2
  3. Áram által átjárt vezető elrendezés mágneses tere
  4. Áram által átjárt hengeres vezetékben a mágneses tér
  5. Áram által átjárt üreges hengerben a mágneses tér
  6. Párhuzamos, végtelen vezetők mágneses tere
  7. Gyűrű alakú vezető mágneses tere
  8. Négyzet alakú fémkeret mágneses tere
  9. Koaxiális vezető mágneses tere
  10. Körív alakú vezető mágneses tere
  11. Körmozgást végző töltött test mágneses tere
  12. Forgó korong mágneses tere
© 2012-2013 BME-TTK, TÁMOP4.1.2.A/1-11/0064

Feladat

  1. Két egymással párhuzamos, végtelen hosszú \setbox0\hbox{$R$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% sugarú hengeres vezetőben \setbox0\hbox{$I$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% erősségű áram folyik azonos irányban, az ábra síkjára merőlegesen befelé. A hengerek tengelytávolsága \setbox0\hbox{$d$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%. Az áramsűrűség a vezetők keresztmetszetén állandó. Mekkora a \setbox0\hbox{$B$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% mágneses indukció az ábrán jelölt \setbox0\hbox{$A$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, \setbox0\hbox{$B$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0%, \setbox0\hbox{$C$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% és pontokban?
    KFGY2-6-6.png

Megoldás


A szuperpozíció elvéből következik, hogy a két végtelen vezető henger tere megegyezik az egyes vezető hengerek által keltett terek összegével. Az Áram által átjárt hengeres vezetékben a mágneses tér feladatából jól ismerjük a végtelen hosszú, \setbox0\hbox{$I$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% árammal átjárt vezető henger mágneses terének nagyságát a tengelytől mért \setbox0\hbox{$r$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% távolság függvényében: kívül:

\[B(r)=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r}\]

és belül:

\[B(r)=\dfrac{\mu_0 jr}{2}\]

A hengerben folyó homogén áramsűrűség nagysága:

\[j=\dfrac{I}{R^2\pi}\]

Így a tér nagysága a henger belsejében a jelen feladatban megadott mennyiségekkel:

\[B(r)=\dfrac{\mu_0 Ir}{2\pi R^2}\]

Az egyes hengeres vezetők által keltett tér az óramutató járásával azonos irányban, körkörösen veszi körbe a hengerek tengelyét.



A)

A fentiek alapján könnyen belátható, hogy a két henger \setbox0\hbox{$A$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% szimmetriapontjában az egyes hengerek által keltett terek nagysága megegyezik, irányuk pedig ellentétes, tehát kioltják egymást:

\[B_A=0\]

B)

A B pont az egyik henger tengelyén helyezkedik el, tehát ott teret csak a másik hengerben folyó áram kelthet. Ennek nagysága:

\[B_B=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi d}\]

Iránya pedig az ábrán 'felfelé' mutat.

C)

A C pontban az első henger 'lefelé' irányuló, \setbox0\hbox{$B_{C1}$}% \message{//depth:\the\dp0//}% \box0% nagyságú teret kelt:

\[B_{C1}=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi \left( d-\dfrac{R}{2}\right)}\]

A második henger járuléka 'felfelé' mutató vektor, nagysága:

\[B_{C1}=-\dfrac{\mu_0 I}{2\pi R^2}\dfrac{R}{2}=-\dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}\]

Tehát az eredő mágneses indukció a C pontban:

\[B_{C}=B_{C1}+B_{C2}=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi \left( d-\dfrac{R}{2}\right)}-\dfrac{\mu_0 I}{4\pi R}=  \dfrac{\mu_0 I}{2\pi} \left( \dfrac{1}{ d-\dfrac{R}{2}}-\dfrac{1}{2 R} \right)\]