Winkelmessung bei der Ableitung des Magnetfeldes einer unendlich langen Spule

Ich habe Zweifel an der Ableitung des Magnetfelds in einem unendlich langen Solenoid mit Radius R .

Ableiten B Alle Schleifen im Solenoid werden betrachtet: in einer Länge D X es gibt N D X Schleifen, die jeweils ein Magnetfeld erzeugen, also haben wir:

D B = μ 0 4 π R 2 ( R 2 + X 2 ) 3 2 N D X

Um zu bekommen B , betrachten getrennt Fälle 1 Und 2 wie im bild. In beiden Fällen fließt der Strom wie angegeben ( × betritt den Bildschirm, geht aus dem Bildschirm), aber die Winkel (ggf 1 θ , falls 2 ϕ ) werden von den beiden gegenüberliegenden Seiten des Elektromagneten gemessen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Fall 1 :

R 2 + X 2 S ich N θ = R

X X 0 = R C Ö T G θ D X = R S ich N 2 θ D θ

B ( X 0 ) = μ 0 N ich 2 θ 1 θ 2 S ich N θ D θ = μ 0 N ich 2 ( C Ö S θ 2 C Ö S θ 1 )

Fall 2 :

R 2 + X 2 S ich N ϕ = R

X X 0 = R C Ö T G ϕ D X = R S ich N 2 ϕ D θ

B ( X 0 ) = μ 0 N ich 2 ϕ 1 ϕ 2 S ich N ϕ D θ = μ 0 N ich 2 ( C Ö S ϕ 1 C Ö S ϕ 2 )

Hier ist das Problem: In beiden Fällen ist die Grenzbedingung des unendlich langen Elektromagneten, dass der erste Winkel ( ϕ 1 oder θ 1 ) Ist 0 und der zweite Winkel ( ϕ 2 oder θ 2 ) Ist π .

Trotzdem Ersatz für den Fall 1 Ich bekomme

B = μ 0 N ich

während für den Fall 2 Ich bekomme

B = + μ 0 ich N

was das richtige Ergebnis ist.


Gibt es einen bestimmten Grund, warum die Winkelmessung wie im Fall erfolgen muss 2 und nicht wie im fall 1 um das richtige Ergebnis zu erhalten? Oder sind beide Methoden gültig? Wenn ja, wie ist es möglich, nur wegen der Ausrichtung der Winkelmessung ein anderes Ergebnis zu erhalten?

-1. Ich halte das für keine sinnvolle Frage. Die 2 Diagramme sind gleich, nur umgekehrt. Dies ist eine triviale Verwirrung über Mathematik. Keine nützliche Physik hier, meiner Meinung nach.

Antworten (1)

Da der einzige Unterschied ein Vorzeichenwechsel ist, muss man wirklich sehr auf Konventionen achten. Sie haben in Ihrem zweiten Integral nicht genau angegeben, ob Sie von integrieren möchten ϕ 1 Zu ϕ 2 , oder umgekehrt - und das wirkt sich natürlich auf Ihr Ergebnis aus.

Normalerweise können Sie sich in solchen Fällen das Leben einfacher machen, indem Sie ein Diagramm verwenden, um die Richtung (Vorzeichen) von B zu bestimmen, und dann die Vorzeichen bis ganz zum Schluss vergessen, wo Sie bei Bedarf ein Minuszeichen hinzufügen können ...

Mir ist klar, dass das der pragmatische Ansatz ist. Wenn Sie den vorsichtigen Ansatz wünschen, empfehle ich Ihnen, sich nach der Reihenfolge der Integration zu fragen. Wenn Sie die Art und Weise geändert haben, wie Sie gemessen haben ϕ 1 , sein Komplement wurde als bezeichnet θ 2 ... was bedeutet, dass Sie die Winkel "Start" und "Stopp" umgekehrt haben. Was Ihnen einen Vorzeichenwechsel geben wird.

Danke für die Antwort, es tut mir leid, dass ich die Integrationsreihenfolge auch im zweiten Integral festgelegt habe, das von ist ϕ 1 Zu ϕ 2
OK - Sie ändern also die Integrationsrichtung - gegen den Uhrzeigersinn θ , im Uhrzeigersinn hinein ϕ . So erhalten Sie natürlich einen Vorzeichenwechsel.
Genau, die Integrationsrichtungen sind entgegengesetzt, aber ich verstehe nicht, wie sich dies auf das Vorzeichen des Ergebnisses auswirken könnte, da ich nur das Magnetfeld jeder Schleife in einer anderen Reihenfolge "summiere". Wären Sie so freundlich wie zu diesem Punkt etwas mehr sagen?
Das Integral von 0 1 D X = 1 , Aber 1 0 D X = 1 . So funktionieren Integrale...