
4. Стаціонарні і квазістаціонарні струми і магнітні поля
Рівняння Максвела мають вигляд
,
,
де
-
магнітна індукція,
-
напруженість магнітного поля,
-
густина об’ємного струму.
де - магнітна проникливість середовища.
Елемент
струму
створює в вакуумі, або однорідному
середовищі магнітне поле
.
Граничні умови для векторів і на межі двох областей 1 і 2
,
,
де
-
нормаль до межі розділу областей,
-
густина поверхневого струму.
Магнітне
поле можна задати за допомогою векторного
потенціалу
.
З додатковою умовою
.
В однорідних магнетиках
.
Енергія магнітного поля, яка локалізована усередині об’єму V виражається
.
ЗАДАЧІ
Сферичний заземлювач радіусом знаходиться в середовищі з відносно невеликою провідністю γ. До нього підводиться струм I. Визначити опір розтікання. Заземлювач, заритий на глибину, яка набагато більша від його радіуса.
Плоский конденсатор з двошаровим діелектриком вмикається на постійну напругу U. Товщини шарів діелектрика, їх діелектричні проникливості та питома провідності постійні та відповідно рівні
, ,
та
, ,
. Вивести загальне рівняння зміни в часі напруженостей електричного поля в кожному шарі.
Між обкладками сферичного конденсатора з радіусами
і
підтримується постійна різниця потенціалів U. Простір між обкладками заповнений однорідним середовищем з питомою провідністю σ. Знайти опір між обкладками, силу струму та потужність теплових втрат.
Знайти опір заземлення між двома електродами з ємностями і , якщо вони зариті в землю на велику глибину і знаходяться на великій відстані. Питома провідність землі біля електродів
і
.
Знайти напруженість магнітного поля, яке створюється в вакуумі тонким прямолінійним провідником довжиною
. Сила струму в провіднику I. Розглянути випадок, коли
→ ∞.
Визначити магнітні силові лінії поля, розглянутого в попередній задачі.
Знайти напруженість магнітного поля на вісі кільцевого струму радіусом
та силою струму I.
Визначити векторний потенціал магнітного поля, яке створюється в вакуумі прямолінійним струмом I довжиною . Розглянути випадок, коли →∞.
Знайти потенціал та напруженість магнітного поля, яке створюється струмом I, який рівномірно розподілений по перетину нескінченно довгого циліндричного провідника радіусом . Магнітна проникливість середовища
, провідника - .
Струм I проходить по нескінченному провіднику у формі порожнього циліндру з зовнішнім та внутрішнім радіусами a і b відповідно. Магнітна проникливість провідника , середовища - . Визначити векторний потенціал та напруженість магнітного поля.
Вивести рівняння для напруженості магнітного поля і векторного потенціалу в коаксіальному кабелі шляхом інтегрування рівнянь Пуассона–Лапласа для векторного потенціалу. Радіус внутрішнього провідника
, зовнішнього і
відповідно (
).
В однорідне магнітне поле з напруженістю
внесли круглий прямий циліндр з радіусом так, що його вісь перпендикулярна вектору . Магнітна проникливість матеріалу циліндра , навколишнього середовища . Визначити поле всередині та зовні циліндра. Краєві ефекти не враховувати.
В однорідне магнітне поле з напруженістю внесли кулю радіусом а. Магнітна проникливість кулі , навколишнього середовища . Визначити поле всередині та зовні кулі.
По тонкій проволоці у вигляді тонкого кільця з радіусом , тече постійний струм I. Визначити векторний потенціал та напруженість магнітного поля в точці, яка знаходиться на відстані l від кільця не на його вісі (l>>a).
По нескінченно довгому циліндричному провіднику з радіусом а проходить струм I, який рівномірно розподілений по площі поперечного перетину. Знайти за допомогою рівнянь Максвела напруженість поля, яке створюється цим струмом в однорідному середовищі.
На залізний тор з магнітною проникливістю , намотано густо і рівномірно N витків тонкої ізольованої проволоки, по якій тече струм I. Визначити напруженість магнітного поля всередині тора.
Однорідна немагнітна куля (
) радіусом рівномірно заряджена по об’єму. Куля обертається з кутовою швидкістю навколо осі, яка проходить через центр кулі. Заряд кулі q. Визначити магнітний момент кулі.
Немагнітний циліндр ( ) радіусом a і висотою h рівномірно заряджений по об’єму і обертається навколо своєї геометричної вісі з кутовою швидкістю ω. Заряд циліндра q. Визначити магнітний момент циліндра.
Знайти силу взаємодії в повітрі між двома паралельними нескінченними прямолінійними струмами силою
і
. Відстань між ними 2a.
Розв’язати попередню задачу за допомогою тензора натягу Максвела.
Визначити самоіндукцію одиниці довжини нескінченної круглої котушки з радіусом a. Число витків на одиницю довжини n; магнітна проникливість сердечника .
Визначити рух нерелятивістського електрона в однорідному магнітному полі з напруженістю
. Початкова швидкість електрона
складає кут з напрямком поля.
Плоский контур обертається кутовою швидкістю в однорідному магнітному полі навколо вісі, яка перпендикулярна полю. Індукція поля . Визначити електрорушійну силу в контурі. Площа контуру .
Визначити силу струму в контурі із попередньої задачі. Самоіндукція контуру , опір .
Заряджений конденсатор з ємністю
замкнутий на опір з самоіндукцією . Визначити заряд на обкладках конденсатора як функцію часу. Початковий заряд
.
Батарея з е.р.с. і внутрішнім опором , конденсатор з ємністю і котушка з індуктивністю з’єднані паралельно. Визначити силу струму в батареї після замикання. Опором котушки і проводів з’єднання знехтувати.
Визначити магнітне поле в циліндричному отворі в нескінченно довгому циліндричному провіднику, по якому тече струм рівномірно розподілений по його перерізу.
Знайти активний опір тонкого циліндричного провідника для випадку скін-ефекту. Довжина провідника , радіус , провідність , магнітна проникливість μ. Дослідити випадки великих та малих частот.
Стержень ОА обертається з кутовою швидкістю навколо точки О в площині, яка перпендикулярна до напрямку однорідного магнітного поля . Визначити е. р. с. індукції між точками О і А, якщо довжина стержня .