Magnetisches Dipolmoment des Toroids

Frage: Muss jede magnetische Konfiguration einen Nord- und einen Südpol haben?

Antwort: Nicht unbedingt. Wahr nur, wenn die Quelle des Feldes ein magnetisches Nettomoment ungleich Null hat. Dies gilt nicht für einen Toroid oder sogar für einen geraden unendlichen Leiter.

Bild einer stromdurchflossenen Ringkernschleife
(Quelle: uni-wuppertal.de )

Ich verstehe, dass ein gerader unendlicher Leiter in einem gleichmäßigen Magnetfeld kein Drehmoment erfährt. Es wird nur eine Nettokraft erfahren, die auf seiner Ausrichtung basiert. Es hat also kein magnetisches Nettomoment.

Aber ich kann mir nicht vorstellen, wie sich ein Toroid in einem einheitlichen externen Magnetfeld verhält. Da die Antwort auf die obige Frage besagt, dass ein Toroid kein magnetisches Dipolmoment hat, kann ich daraus schließen, dass er kein Drehmoment erfährt. Aber erfährt es eine Nettokraft? Bitte erklären Sie, wie sich ein Toroid in einem externen Magnetfeld auf der Grundebene jeder Drahtschleife verhält.

Erstens sind alle bekannten fundamentalen Quellen des Magnetismus in erster Näherung magnetische Dipole. Es gibt noch keine Beobachtung freier magnetischer Monopole. Zweitens hat ein unendlicher Draht streng genommen möglicherweise kein magnetisches Nettomoment, aber wie soll Strom in einer offenen Schleife fließen? Es ist in dieser Hinsicht effektiv unphysisch. Drittens ist unklar, was Sie fragen ... Was ist der Toroid genau? Gibt es eine Strömung?
@G. Bergeron 1. Alle Magnetismusquellen sind entweder magnetische Dipole oder magnetische Konfigurationen ohne Pole. Der Toroid und gerade unendlich stromführende Leiter sind Beispiele für letzteres. 2. Strom kann durch einen geraden Draht fließen, der an beiden Enden +ve- und -ve-Ladungsreservoirs hat, die nicht miteinander verbunden sind. Ist das nicht physikalisch möglich? (aber ich verstehe, dass es nicht unendlich sein kann). 3. Vielen Dank für die Benachrichtigung. Ich habe die Frage aktualisiert.
Zunächst einmal ist es völlig falsch, dass alle Quellen des Magnetismus entweder als Dipole oder gar keine Pole auftreten (es sei denn, das Feld ist Null). Die Bedeutung von Polen hat ihren Ursprung in der multipolaren Expansion und erfordert daher, dass das Feld asymptotisch Null ist, was bei Objekten unendlicher Ausdehnung nicht der Fall ist. Eine naive Berechnung des Vektorpotentials mit Objekten unendlicher Ausdehnung führt zu absurden Ergebnissen, die von der Topologie des Raums abhängen.
Der Fall der Ladungsreservoirs führt zu einer Dipolantenne, die zwar kein Dipolmoment hat, aber höhere Multipolmomente ungleich Null. Aber jetzt wird es ein Nettodrehmoment von einem externen Magnetfeld geben. Für den Fall eines perfekten Toroids gibt es multipolare Momente aller Ordnungen, obwohl das äußere Magnetfeld verschwindet. Siehe en.wikipedia.org/wiki/Toroidal_inductors_and_transformers

Antworten (1)

Ein Torus kann ein magnetisierbares Objekt sein; Was Sie beschreiben, ist eine Solenoid-ähnliche Wicklung, die in eine toroidale Form gebogen ist. Der Strom zirkuliert also auf einem Weg mit kleinerem Durchmesser durch das Loch im Torus. Ein solcher Strom wird "poloidal" genannt. toroidal und poloidal

Dieser Strom ist eine selbstabschirmende magnetische Geometrie (und Toroide mit Wicklungen zur Erzeugung von poloidalem Strom werden als Induktoren hoch geschätzt, da sie weder externe Störungen akzeptieren noch abstrahlen). Und ja, die Tatsache, dass kein externes Feld gekoppelt ist, bedeutet, dass es kein Nettodrehmoment oder keine Nettokraft gibt.

Eine weitere nützliche Eigenschaft besteht darin, dass ein poloidal gewickelter magnetisierbarer Torus aufgrund eines hinzugefügten externen Feldes, das das magnetisierbare Material sättigt, nichtlinear angetrieben werden kann. Eine solche Sättigung bringt den Fluss im Torus aus dem Gleichgewicht und erzeugt eine Kopplung (die zum Erfassen des externen Felds verwendet werden kann). Auf diesem Prinzip basiert die Flux-Gate-Magnetfelddetektion.

Absatz 1: Vielen Dank für die Klarstellung, was ein Toroid ist. Absatz 2: Ich verstehe, warum ein Toroid kein Magnetfeld aus dem Stromkreisgesetz von Ampere ausstrahlt. Aber erklären Sie bitte, warum und wie der Toroid keine externen Störungen akzeptiert. Bitte erklären Sie auch, was die Kopplung des externen Feldes bedeutet. Absatz 3: Interessante Idee. Können Sie mir Quellen vorschlagen, die ich nachlesen kann, um einen besseren Einblick in das zu erhalten, was Sie gesagt haben? PS Ich bin in der High School. Entschuldigung, wenn meine Fragen naiv erscheinen. :)
Okay. Ein poloidaler Strom um eine toroidale Form hat keinen Monopol, Dipol oder ein anderes externes B-Feld. Aus diesem Grund kann es nach Newtons drittem Gesetz keine Magnetkraft auf einen externen Magneten ausüben (weil die 'gleiche, entgegengesetzte Reaktionskraft auf den externen Magneten nicht von einem Magnetfeld des Toroids kommen kann).
Was externe Störungen betrifft, so ist die Verbindung zwischen Magnetismus eines poloidalen Stroms (ich muss nicht „Ringkernstrom“ sagen, weil das einen Kreisstrom bedeutet, der ein externes Magnetfeld erzeugt) unterbrochen; so wie es keine Kraft außerhalb des Torus ausübt, kann es nicht die „gleiche und entgegengesetzte“ Reaktion auf eine magnetische Kraft von außen haben. Ich bin mir nicht sicher, wie ich einen besseren Einblick in dies bekommen kann; Ich brauchte ein paar Jahre College und Graduiertenschule.
Die Abbildung zeigt eine Wicklung, die nicht nur poloidal verläuft, sondern gleichzeitig eine Windung (naja, 95 % einer Windung) in toroidaler Richtung macht. Das heißt, es handelt sich nicht um eine rein kreuzungsfreie Wicklung.
Magnetisches Dipolmoment des Toroids
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v