Магнітне поле соленоїда і тороїда

Соленоїд є провід, щільно навитий на циліндричний каркас. Лінії напруженості магнітного поля соленоїда мають вигляд, представлений на рис. 3.22 і 3.23.

Формулу (3.48) можна застосувати для обчислення магнітної індукції поля всередині нескінченного соленоїда. В цьому випадку соленоїд зручно розглядати, як систему кругових витків із загальною прямий віссю. Силові лінії поля всередині соленоїда паралельні його осі, а поле соленоїда однорідне. Для обчислення циркуляції візьмемо прямокутний контур a-b-c-d (рис. 3.22).

Мал. 3.22 Магнітне поле всередині соленоїда

Магнітне поле соленоїда і тороїда

Мал. 3.23 Магнітне поле соленоїда

Циркуляцію вектора В у цій контуру можна представити у вигляді

так як на цих ділянках. Оскільки, соленоїд нескінченно довгий, силові лінії, які проходять всередині нього, починаються в нескінченності і йдуть в нескінченність. Тому магнітне поле зовні соленоїда відсутня. Тому

Тоді циркуляція вектора по замкнутому контуру запишеться у вигляді

де в # 8209; величина магнітної індукції поля в точках розташування відрізка a # 8209; b. а l # 8209; довжина цього відрізка.

Сумарний струм, що охоплюється контуром, Iполн = nlI. де # 8209; число витків на одиницю довжини соленоїда, I # 8209; сила струму в соленоїді. Тоді, згідно з (3.51):

звідки в остаточному вигляді виходить

Таким чином, поле нескінченного соленоїда однорідне, зосереджено цілком всередині соленоїда, а силові лінії вектора магнітної індукції паралельні осі соленоїда.

Якщо подумки розділити нескінченний соленоїд деякої площиною перпендикулярній осі соленоїда, то магнітне поле в точках цієї площини буде створюватися в однаковій мірі обома половинками соленоїда. Якщо тепер прибрати половину соленоїда, то у кінця напівнескінченного соленоїда В дорівнюватиме:

Практично, якщо довжина соленоїда значно більше його діаметра, то формула (3.53) справедлива для середньої частини соленоїда, а формула (3.54) для точок поблизу кінців.

Таким чином, магнітне поле зменшується до краю. Подібний крайової ефект відсутній у соленоїда, звитого в кільце, так званого тороида. Його головна особливість полягає в тому, що все магнітне поле зосереджено всередині тороїда. Лінії вектора магнітної індукції є замкнуті концентричні кола (рис. 3.24). Вибираючи одну з таких кіл за контур обходу, і, застосовуючи теорему про циркуляцію, легко довести, що за умови виходить така ж формула, що і для нескінченно довгого соленоїда

У цьому випадку поле однорідно в кожному з перетинів тороида. Але в різних перетинах направлено різному, і має сенс говорити про однорідність поля в межах всього тороида тільки умовно, маючи на увазі тільки модуль вектора.

Магнітне поле соленоїда і тороїда

Мал. 3.24 Поле тороїда

Використовуючи теорему повного струму, можна отримати індукцію магнітного поля на осі тороїда, що має магнітний сердечник (рис. 3.24)

де - магнітна проникність сердечника; - число витків, намотаних на тороид; - радіус центральної лінії тороїда.

Схожі статті