2 svar
104 visningar
Korvgubben 175 – Fd. Medlem
Postad: 14 feb 2017 19:48

Magnetfält

Hej!

Behöver hjälp med en uppgift.

En oändligt lång, tunn metallplatta med bredden w leder en ström I. Visa att storleken på magnetfältet i en punkt P rakt ovanför mitten av ledaren på avståndet D är 

BP=µ0Iπwarctanw2D

Ledning: dela in ledaren i långa, mycket smala remsor och integrera.

Jag tänker alltså dela in metallplattan i små, parallella ledare. Magnetfältet i punkten P från en enda sådan ledare är

Bx=µ0Ix2πr

Strömmen i en enskild ledare ges av

Ix=Idxw

Avståndet från en ledare till punkten P är r

r=x2+D2

Alltså får vi

Btotal=-w2w2µ0Idx2πwx2+D2=µ0I2πw-w2w21x2+D2dx

Detta stämmer inte. Vad gör jag för fel?

Tacksam för svar :D!

Dr. G 9479
Postad: 14 feb 2017 20:27

Vilken riktning måste det resulterande fältet ha? Du lägger ihop fälten som om alla bidrag från olika delar av remsan pekar åt samma håll. Åt vilket håll pekar det resulterande fältet? Varför? 

emmynoether 663 – Fd. Medlem
Postad: 14 feb 2017 22:22 Redigerad: 14 feb 2017 22:38

Från Ampères lag får vi magnetfältet runt en lång rak ledare som
B=μ0Ienc2πrϕ^ \vec{B} = \frac{\mu_0 I_{enc}}{2 \pi r} \hat{\phi}
För en liten tunn sträng av plattan så kan vi då skriva med r=D2+x'2 r = \sqrt{D^2+x'^2}
dB=μ0Idx'2πwD2+x'2ϕ^ d\vec{B} = \frac{\mu_0 I dx'}{2 \pi w \sqrt{D^2+x'^2}} \hat{\phi}
Eftersom plattan ej är rotationssymmetrisk så är det opassande att använda sig av cylindriska koordinater så vi vi skriver om det helt i termer av kartesiska
dB=μ0Idx'2πwD2+x'2(-x^sinθ+y^cosθ) d\vec{B} = \frac{\mu_0 I dx'}{2 \pi w \sqrt{D^2+x'^2}} (-\hat{x} \sin \theta + \hat{y} \cos \theta)
där theta är vinkeln mellan punkten på plattan och punkten D ovanför plattans mitt. Detta gör att vi kan skriva
sinθ=DD2+x'2 \sin \theta = \frac{D}{\sqrt{D^2+x'^2}} och cosθ=x'D2+x'2 \cos \theta = \frac{x'}{\sqrt{D^2+x'^2}}
Notera här att cosθ \cos \theta är udda över plattans intervall så den försvinner automatiskt utan att vi behöver räkna på det. Kvar får vi då bara att

B=μ0I2πw(-x^)-w/2w/2dx'DD2+x'2=μ0Iπw(-x^)0w/2dx'DD2+x'2 \vec{B} = \frac{\mu_0 I}{2 \pi w}(-\hat{x}) \int_{-w/2}^{w/2}dx'\frac{D}{D^2+x'^2} = \frac{\mu_0 I}{\pi w}(-\hat{x}) \int_0^{w/2}dx'\frac{D}{D^2+x'^2}

och om du utför den här integralen ovan, vilket du får göra själva så ser du att du hamnar vid det önskade svaret. Kan du se vad jag gjorde annorlunda här jämfört med dig?

Edit: Om du tycker det är obekvämt att jag integrerar i primat koordinatsystem och om du hellre vill ha ditt dx' efter integrandens slut så kan du skriva om det på ett papper och bara byta till oprimat koordinatsystem och byta plats på dx'. Jag gör såhär av ren vana eftersom man ofta jobbar med två koordinatsystem samtidigt i elektrodynamiken och då reserverar det primade koordinatsystem till källtätheten man integrerar över.

Svara
Close