Fiziğin Muhteşem DünyasıEtkileşimli fizik simülasyonları
Ana sayfa › Elektromanyetik Teori II › Manyetostatik · Biot–Savart Yasası · Vektör Potansiyel

Biot–Savart Yasası ve Vektör Potansiyel

Kararlı bir akımın manyetik alanı, akım elemanlarının katkılarının toplamıdır: $$\vec B(\vec r) = \frac{\mu_0}{4\pi}\int \frac{I\,d\vec{l}'\times(\vec r - \vec{r}')}{|\vec r - \vec{r}'|^{3}}.$$ Bu sayfada her kaynak küçük doğru parçalarına bölünür ve integral sayısal olarak toplanır; sonuçlar analitik formüllerle karşılaştırılır.

Kararlı akımlar için Ampère yasası $\oint \vec B\cdot d\vec l = \mu_0 I_{\text{iç}}$ geçerlidir. Vektör potansiyel $\vec B = \nabla\times\vec A$ ile tanımlanır; $z$ yönündeki paralel teller için $A_z = -\dfrac{\mu_0}{2\pi}\sum_k I_k\ln r_k$ ve $A_z$'nin eş değer eğrileri tam olarak alan çizgileridir.

Kesit görünümü hakkında

Çizim, 3B kaynakların bir düzlemle kesitidir. Teller ve sonlu tel parçası düzleme diktir (⊙: dışarı, ⊗: içeri doğru akım). Halka ve selenoid için düzlem simetri ekseninden geçer; halkanın teli düzlemi iki noktada keser. Eksenel simetri nedeniyle bu düzlemde $\vec B$ düzlem içindedir.

Parametreler

Görünüm
Ampère halkası

Bir noktaya tıklayın: o noktadaki alan doğrudan sayısal integralle hesaplanır. Telleri sürükleyebilirsiniz.

alan çizgisiAmpère halkasıseçilen nokta

Hesaplama

Bunu dene

1. "Tek tel" düzeninde $I = 5$ A seçin ve telden $r = 5$ cm uzaktaki bir noktaya tıklayın. Sayısal sonucu $B = \mu_0 I/2\pi r$ ile karşılaştırın. Sonra $r = 10$ cm'ye tıklayın: alan nasıl değişti?

Açıklama
$B = \dfrac{(4\pi\times10^{-7})(5)}{2\pi(0.05)} = 2.0\times10^{-5}$ T $= 20\ \mu$T. Uzaklık iki katına çıkınca alan yarıya iner: $10\ \mu$T. Sayısal toplam (uzun ama sonlu tel) ile fark binde birden küçük olmalıdır.

2. Akım halkasında $R = 6$ cm, $I = 5$ A seçin. Merkezdeki alanı okuyun ve $\mu_0 I/2R$ ile karşılaştırın. Eksen grafiğinde $z = R$ noktasında alan merkezdekinin kaçta kaçıdır?

Açıklama
$B(0) = \mu_0 I/2R = 52.4\ \mu$T. $B(z) = \dfrac{\mu_0 I R^2}{2(R^2+z^2)^{3/2}}$ olduğundan $B(R)/B(0) = 2^{-3/2} \approx 0.354$.

3. "Zıt yönlü iki tel" düzeninde Ampère halkasını (a) yalnız bir teli, (b) iki teli birden, (c) hiçbir teli içine alacak şekilde çizin. $\oint\vec B\cdot d\vec l$ değerlerini $\mu_0 I_{\text{iç}}$ ile karşılaştırın. Sonlu tel parçasında tele ortalanmış bir çember için ne buluyorsunuz?

Açıklama
(a) $\pm\mu_0 I$, (b) $0$, (c) $0$ — halkanın şekli önemli değildir. Sonlu tel parçasında ise $\oint\vec B\cdot d\vec l = \mu_0 I\,a/\sqrt{a^2+r^2} < \mu_0 I$ çıkar: açık uçlu bir akım parçası kararlı (kapalı) bir akım dağılımı değildir, Ampère yasası tek başına bu parçaya uygulanamaz.

Elektromanyetik Teori II dersindeki diğer simülasyonlar