Магнитное поле внутри проводника с током

В качестве примера применения теоремы о циркуляции вектора магнитной индукции для расчета индукции магнитного поля рассмотрим магнитное поле постоянного тока, текущего в бесконечно длинном прямом проводнике цилиндрической формы радиуса R. Замкнутый контур выберем в виде окружности радиуса r, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси проводника, и с центром на этой оси (рис. 18).

Пусть направление обхода контура связано с направлением тока правилом правого винта. Из осевой симметрии следует, что во всех точках, равноудаленных от оси проводника с током, индукция магнитного поля одинакова. Проекция вектора магнитной индукции на направление элементарного перемещения совпадает по величине с магнитной индукцией во всех точках замкнутого контура.

Таким образом, для циркуляции вектора магнитной индукции получаем

, (1.12)

где – проекция вектора магнитной индукции на направление элементарного перемещения .

Если , то по закону полного тока:

. (1.13)

Из сравнения (1.12) и (1.13) следует

,

что совпадает с ранее полученной формулой (1.6).

Если , в предположении равномерного распределения тока по сечению проводника, по закону полного тока

, (1.14)

где – площадь, охватываемая контуром l; j – плотность тока. Из сравнения (1.12) и (1.14) следует

. (1.15)

На графике (рис. 19) показана зависимость индукции магнитного поля от расстояния до оси прямого проводника с током.

Рассмотрим полый проводник цилиндрической формы в виде трубы, вдоль стенки которой течет постоянный ток. Пусть R – радиус трубы. Замкнутый контур выберем также в форме окружности радиуса r с центром на оси проводника. Пусть . В этом случае контур не охватывает ток и

. (1.16)

Из сравнения (1.12) и (1.16) следует, что магнитное поле внутри полого проводника с током отсутствует. На рис. 20 представлена зависимость величины индукции магнитного поля в некоторой точке от ее расстояния до оси прямого полого проводника с током.

Читайте также:  Как правильно удалить антивирус касперского

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8513 — | 8099 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Если магнитное поле симметрично, то вычисление напряженности поля, а значит, и индукции не представляет большого труда. Например, напряженность поля в точке а на расстоянии r от оси прямолинейного проводника с током
(рис. 1) в соответствии с законом полного тока в простейшей форме (1) выражается, как

Рис. 1 Напряженность магнитного поля проводника с током. Формула (2)

так как полный ток равен току в проводе I , а контур совпадает с магнитной линией, которая проходит через точку
а (рис. 1 ), и .

Магнитная индукция

где B — магнитная индукция, Тл; I — ток, А; r — расстояние, м.

Если проводник находится в неферромагнитной среде, то, полагая μ=1 , получаем

Приведенная формула правильна при любом значении r, большем радиуса проводника и бесконечно большой длине проводника; однако она применима и при конечной длине проводника, если расстояние r значительно меньше длины проводника и точка, в которой определяется индукция, не находится вблизи конца проводника.

По закону полного тока нетрудно найти напряженность поля и внутри длинного цилиндрического провода радиуса a (рис. 2, а). Во всех точках поперечного сечения провода плотность тока

Из условий симметрии следует, что внутри провода, как и вне провода, все магнитные линии — это концентрические окружности с центром на оси провода.

Читайте также:  Ilife v7s pro робот пылесос отзывы

Рис.2 Напряженность поля внутри провода с током (а) и распределение напряженности поля (б)

Окружность радиуса r совпадающий с магнитной линией. Обозначив площадь сечения, ограниченного замкнутым контуром, , а ток, пронизывающий это сечение, по закону полного тока (1) можем написать выражение напряженности магнитного поля

которая одинакова во всех точках контура и направлена по касательной к окружности (рис. 2,а), т. е. H=HL.
Подставив в последнюю формулу выражения плотности тока и площади замкнутого контура, получим

Таким образом, напряженность поля в произвольной точке внутри провода пропорциональна расстоянию r этой точки от оси провода. На оси провода H=0, так как r=0. На поверхности провода (r=а) напряженность поля имеет наибольшее значение:

и далее при r>а уменьшается согласно (2).
График распределения напряженности магнитного поля внутри и вне проводника дан на рис. 2, б.
Магнитная индукция внутри проводника равна произведению напряженности магнитного поля и абсолютной магнитной проницаемости материала провода, т. е.


где В — магнитная индукция, Тл; I — ток, А; расстояние r и а — м.

Пример

Найти распределение напряженности поля трубчатого провода (рис 6.19) с внутренним радиусом г2 и внешним r3, если по проводу проходит ток I.

Рис. 5.1 Трубчатый провод
Решение. Площадь поперечного сечения трубчатого провода

и плотность тока в проводе

Проведем окружность радиусом г r3. т. е. за пределами провода,
нейдем, что

Индукция магнитного поля прямолинейного проводника с током является кусочно-непрерывной функцией расстояния r до оси проводника (Рисунок 1).

Рисунок 1 — Магнитное поле прямого тока, текущего:

  • а) по поверхности цилиндрического проводника;
  • б) по всему сечению;
  • в) к расчету магнитного поля внутри проводника

С помощью теоремы о циркуляции индукции магнитного поля легко убедиться, что снаружи проводника индукция поля выражается формулой

Читайте также:  Windows xp sp3 x64 iso

а внутри проводника значение индукции зависит от распределения тока по сечению проводника. Если весь ток течет только по поверхности цилиндрического проводника, как это бывает в полой тонкостенной трубке или в сверхпроводниках, то магнитного поля внутри нет. Зависимость индукции от расстояния r до оси проводника имеет в этом случае вид, показанный на рисунке 1а. магнитный гаусс генератор индукция

Если ток равномерно распределен по сечению проводника, то магнитное поле внутри проводника пропорционально расстоянию от его оси (рис. 1 б). Чтобы убедиться в этом, рассмотрим циркуляцию по круговому контуру радиуса r, лежащему внутри проводника в плоскости, перпендикулярной его оси (рис. 1 в).

По соображениям симметрии модуль вектора индукции одинаков для всех точек, лежащих на такой окружности. Так как магнитное поле направлено по касательной к окружности, то по теореме о циркуляции имеем

где — ток, проходящий через заштрихованную на рисунке часть сечения провода, охватываемую этой окружностью. При равномерном распределении тока по сечению провода:

поэтому согласно (1) индукция внутри проводника равна