נתון דיפול מגנטי בראשית המורכב מלולאה מישורית קטנה במישור xy בעלת שטח A וזרם I. חשבו שת השדה המגנטי לכל r\gg\sqrt{A} לפי מומנט הדיפול המגנטי \vec{m}=IA\hat{z}.
חשמל ומגנטיות · פיתוח 21
שדה של דיפול מגנטי מתוך לולאה ריבועית
ניסוח מלא
פתרון
השדה מקטע אחד:
\vec{B}_{0\hat{n}}=\frac{\mu_{0}}{4\pi}\frac{Id\hat{n}\times\vec{r}}{r^{3}}
ומכאן השדה הכולל מתקבל מסופרפוזיציה של הקטעים המוסטים, אותה נבטא דרך נגזרות כיווניות (כאשר המרחקים d_{x},d_{y} שואפים לאפס): \vec{B}=\vec{B}_{0\hat{x}}\left(\vec{r}\right)-\vec{B}_{0\hat{x}}\left(\vec{r}-d_{y}\hat{y}\right)-\vec{B}_{0\hat{y}}\left(\vec{r}\right)+\vec{B}_{0\hat{y}}\left(\vec{r}+d_{x}\hat{x}\right)
\vec{B}=\frac{\mu_{0}Id_{x}d_{y}}{4\pi}\left(\hat{x}\times\frac{d}{dy}\frac{\vec{r}}{r^{3}}-\hat{y}\times\frac{d}{dx}\frac{\vec{r}}{r^{3}}\right)=\frac{\mu_{0}Id_{x}d_{y}}{4\pi}\left(\hat{x}\times\left(\frac{\hat{y}}{r^{3}}-\frac{3y\vec{r}}{r^{5}}\right)-\hat{y}\times\left(\frac{\hat{x}}{r^{3}}-\frac{3x\vec{r}}{r^{5}}\right)\right)
נזהה את המומנט \vec{m}=Id_{x}d_{y}\hat{z}, ונבצע את המכפלות הווקטוריות: \vec{B}=\frac{\mu_{0}m}{4\pi}\left(\frac{2\hat{z}}{r^{3}}-\frac{3y\left(y\hat{z}-z\hat{y}\right)}{r^{5}}+\frac{3x\left(z\hat{x}-x\hat{z}\right)}{r^{5}}\right)=\frac{\mu_{0}m}{4\pi}\left(\frac{\left(2r^{2}-3y^{2}-3x^{2}\right)\hat{z}+3z\left(x\hat{x}+y\hat{y}\right)}{r^{5}}\right)
\vec{B}=\frac{\mu_{0}m}{4\pi}\left(\frac{-r^{2}\hat{z}+3z\vec{r}}{r^{5}}\right)=\frac{\mu_{0}}{4\pi}\frac{3\left(\vec{m}\cdot\hat{r}\right)\hat{r}-\vec{m}}{r^{3}}
הערה: עבור צורה כללית אפשר לרצף אותה עם ריבועים כך שהזרם בכולם באותו כיוון ואז הזרם על כל הצלעות הפנימיות מתבטל ונשאר רק הזרם על השפה. השדה המגנטי לינארי במומנט הדיפול, אשר לינארי בשטח ולכן עבור הנוסחה מתקיימת עבור דיפול כללי.
ניסיונות וטבלת שיאים
אף אחד עוד לא פתר את הפיתוח הזה.
אין עדיין ניסיונות.