Rozdział 12

Rozdział 12

Sprawdź, czy rozumiesz

12.1

1,41 ⁢ m 1,41⁢m.

12.2

μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ R μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ R .

12.3

Prąd o natężeniu 4 ⁢ A 4⁢A płynący od płaszczyzny rysunku.

12.4

Wartość obu sił na jednostkę długości wynosi 9,23 ⋅ 10 −12 ⁢ N ∕ m 9,23 ⋅ 10 −12 ⁢ N ∕ m .

12.5

0,608 ⁢ m 0,608⁢m.

12.6

Prawo Ampère’a jest bezużyteczne, ponieważ w tych przypadkach – ze względu na brak symetrii prądu – całkowanie po konturach Ampère’a byłoby bardzo trudne.

12.7

a. 1,003 82 1,003 82; b. 1,000 15 1,000 15.

12.8

a. 10 −4 ⁢ T 10 −4 ⁢T; b. 0,6 ⁢ T 0,6⁢T; c. 6 ⋅ 10 3 6⋅ 10 3 .

Pytania

1.

Zaletą prawa Biota-Savarta jest to, że sprawdza się ono w przypadku wyznaczania pól magnetycznych pętli z prądem, natomiast jako wada postrzegany jest często długi czas obliczeń.

3.

Przewód możemy uważać za nieskończony, jeżeli wartość kąta θ θ między początkowym wycinkiem przewodu d l → d l → a promieniem r → r → jest w przybliżeniu zerowa. Akceptowalna dokładność tego przybliżenia zależy od założonej dokładności wyniku obliczeń pola.

5.

Kierunki prądów w poszczególnych przewodach muszą być do siebie prostopadłe.

7.

Linia pola magnetycznego łączy punkty o jednakowej wartości indukcji pola magnetycznego, natomiast drugi wariant reguły prawej dłoni pozwala na wyznaczenie kierunku pola w dowolnym punkcie przestrzeni.

9.

Sprężyna ulegnie skróceniu, ponieważ północny biegun magnetyczny każdego z jej zwojów będzie przyciągany przez południowy biegun następnego zwoju.

11.

Prawo Ampère’a jest słuszne w przypadku dowolnych zamkniętych konturów całkowania. Nie jest ono jednak użyteczne przy braku symetrii pola magnetycznego, którą można by wykorzystać do uproszczenia obliczeń, przyjmując odpowiedni kontur całkowania.

13.

Zgodnie z prawem Ampère’a brak prądu we wnętrzu konturu całkowania oznacza brak pola magnetycznego. Ponieważ prąd płynący w miedzianej rurze można otoczyć zewnętrznym konturem całkowania, na zewnątrz rury pole magnetyczne może nie być równe zero.

15.

Przecięcie magnesu sztabkowego spowoduje powstanie dwóch magnesów – posiadających własne bieguny: północny i południowy. W przyrodzie nie występują monopole magnetyczne ani pojedyncze bieguny magnetyczne.

Zadania

17.

10 −8 ⁢ T 10 −8 ⁢T.

19.

B = μ 0 ⁢ I ∕ 8 ⋅ 1 ∕ a − 1 ∕ b B= μ 0 ⁢ I ∕ 8 ⋅ 1 ∕ a − 1 ∕ b , wektor skierowany jest prostopadle od płaszczyzny rysunku.

21.

a = 2 ⁢ R ∕ π a= 2 ⁢ R ∕ π . Prąd w przewodzie po prawej stronie musi płynąć w górę rysunku.

23.

20 ⁢ A 20⁢A.

25.

W obu przypadkach wartość indukcji pola wynosi 4,5 ⋅ 10 −5 ⁢ T 4,5 ⋅ 10 −5 ⁢T.

27.

a. Wypadkowa indukcja jest zerowa; b. wartość B = 3 ⁢ μ 0 ⁢ I ∕ 8 ⁢ π ⁢ a B= 3 ⁢ μ 0 ⁢ I ∕ 8 ⁢ π ⁢ a , przy czym pole skierowane jest do płaszczyzny rysunku.

29.

Wartość indukcji pola magnetycznego jest minimalna w odległości aa od górnego przewodu, to jest w połowie odległości między tymi przewodami.

31.

a. F ∕ l = 2 ⋅ 10 −5 ⁢ N ∕ m F ∕ l = 2 ⋅ 10 −5 ⁢ N ∕ m , od drugiego przewodu; b. F ∕ l = 2 ⋅ 10 −5 ⁢ N ∕ m F ∕ l = 2 ⋅ 10 −5 ⁢ N ∕ m , do drugiego przewodu.

33.

B = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⋅ 1 ∕ b 2 − 1 ∕ a 2 B= μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⋅ 1 ∕ b 2 − 1 ∕ a 2 , pole skierowane wzdłuż przeciwprostokątnej.

35.

0,019 ⁢ m 0,019⁢m.

37.

6,28 ⋅ 10 − 5 ⁢ T 6,28 ⋅ 10 − 5 ⁢T.

39.

B = μ 0 ⁢ I ⁢ R 2 ∕ d ∕ 2 2 + R 2 3 ∕ 2 B= μ 0 ⁢ I ⁢ R 2 ∕ d ∕ 2 2 + R 2 3 ∕ 2 .

41.

a. μ 0 ⁢ I μ 0 ⁢I; b. 0; c. μ 0 ⁢ I μ 0 ⁢I; d. 0.

43.

a. 3 ⁢ μ 0 ⁢ I 3⁢ μ 0 ⁢I; b. 0; c. 7 ⁢ μ 0 ⁢ I 7⁢ μ 0 ⁢I; d. − 2 ⁢ μ 0 ⁢ I − 2 ⁢ μ 0 ⁢ I .

45.

W odległości równej promieniowi R R.

47.


Wykres przedstawia zmienność B wraz z r. B rośnie liniowo wraz z r aż do punktu a. Następnie zaczyna spadać proporcjonalnie do odwrotności r.
49.

B = 1,3 ⋅ 10 −2 ⁢ T B= 1,3 ⋅ 10 −2 ⁢ T .

51.

Około ośmiu zwojów na centymetr.

53.

B = 1 ∕ 2 ⋅ μ 0 ⁢ n ⁢ I B= 1 ∕ 2 ⋅ μ 0 ⁢ n ⁢ I .

55.

0,0181 ⁢ A 0,0181⁢A.

57.

0,0008 ⁢ T 0,0008⁢T.

59.

317,31 317,31.

61.

a. 2,1 ⋅ 10 −4 ⁢ A ⁢ m 2 2,1 ⋅ 10 −4 ⁢ A ⁢ m 2 ; b. 2,7 ⁢ A 2,7⁢A.

63.

0,18 ⁢ T 0,18⁢T.

Zadania dodatkowe

65.

B = 6,93 ⋅ 10 −5 ⁢ T B= 6,93 ⋅ 10 −5 ⁢ T .

67.

3,2 ⋅ 10 −19 3,2⋅ 10 −19 ; ruch odbywa się po łuku w kierunku od przewodu.

69.

a. nad i pod arkuszami B = μ 0 ⁢ j B= μ 0 ⁢ j , w środku B=0⁢TB=0⁢T; b. nad i pod arkuszami B=0⁢TB=0⁢T, w środku B = μ 0 ⁢ j B= μ 0 ⁢ j .

71.

d B ∕ B = − d r ∕ r d B ∕ B = − d r ∕ r .

73.

a. 52 778 52 778 zwojów; b. 0,1 ⁢ T 0,1⁢T.

75.

B 1 ⁡ x = μ 0 ⁢ I ⁢ R 2 ∕ 2 ⁢ R 2 + z 2 3 ∕ 2 B 1 ⁡ x = μ 0 ⁢ I ⁢ R 2 ∕ 2 ⁢ R 2 + z 2 3 ∕ 2 .

77.

B = μ 0 ⁢ σ ⁢ ω ∕ 2 ⋅ R B= μ 0 ⁢ σ ⁢ ω ∕ 2 ⋅ R .

79.

Oblicz odpowiednią pochodną.

81.

Przeprowadź stosowne wyprowadzenie.

83.

Wartości indukcji magnetycznej, wyrażone odpowiednimi wzorami, zmierzają do zera, gdy występujące w nich odległości radialne dążą do nieskończoności.

85.

a. B = μ 0 ⁢ J 0 ⁢ R 2 ∕ 3 ⁢ r = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ r B= μ 0 ⁢ J 0 ⁢ R 2 ∕ 3 ⁢ r = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ r ; b. B = μ 0 ⁢ J 0 ⁢ r 2 ∕ 3 ⁢ R = μ 0 ⁢ I ⁢ r 2 ∕ 2 ⁢ π ⁢ R 3 B= μ 0 ⁢ J 0 ⁢ r 2 ∕ 3 ⁢ R = μ 0 ⁢ I ⁢ r 2 ∕ 2 ⁢ π ⁢ R 3 .

87.

B = μ 0 ⁢ N ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ r B= μ 0 ⁢ N ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ r .

Zadania trudniejsze

89.

B = μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ x B= μ 0 ⁢ I ∕ 2 ⁢ π ⁢ x .

91.

a. B = μ 0 ⁢ σ ⁢ ω ∕ 2 ⋅ 2 ⁢ h 2 + R 2 ∕ R 2 + h 2 − 2 ⁢ h B= μ 0 ⁢ σ ⁢ ω ∕ 2 ⋅ 2 ⁢ h 2 + R 2 ∕ R 2 + h 2 − 2 ⁢ h ; b. B = 4,09 ⋅ 10 −5 ⁢ T B= 4,09 ⋅ 10 −5 ⁢ T , 82 ⁢ % 82⁢% wartości indukcji ziemskiego pola magnetycznego.