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Verfasst am: 11. Dez 2022 21:48 Titel: Vektorpotential eines Kreisstroms |
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Meine Frage: Hallo Leute
ich komme mit der folgenden Aufgabe nicht weiter: Ein kreisförmiger Leiter vom Radius R befinde sich parallel zur x-y-Ebene auf der Höhe z0 und werde vom Strom I durchflossen.
a) Wie lautet das dazugehörige Vektorpotential A in Zylinderkoordinaten?
b) Entwickeln Sie für kleine Abstände von der z-achse , bis zur führenden Ordnung. Berechnen sie daraus auf der z-achse.
c) Gegeben seien nun zwei solche Kreisströme I, die in den Höhen z0 = b und z0 = ?b parallel angeordnet sind. Wie muss b gewählt werden, damit Bz auf der z-Achse in der Nähe von z = 0 möglichst homogen ist? Welchen Wert hat dann Bz bei z = 0?
Aufgabe a und b habe ich bereits gemacht, zu c habe ich jedoch keinen Ansatz. Ich würde einfach mal zeigen wie ich die a und b gemacht habe:
Meine Ideen: a) Vektorpotential eines Kreisstroms berechnen:
Gehe über Stromdichte  Berechne zunächst Stromdichte in Zylinderkoordinaten:
C = unbestimmte konstante
Bestimme C, der Strom durch einen Querschnitt ergibt I
 \, \dd z = \int_0^\infty \! \, \dd \rho \int_{-\infty}^\infty \! c \delta(\rho - R) \delta(z) \vec{e_{\phi}} dz )
=> I= C
Laut Jackson, gilt für die delta-funktion in zylinderkoordinaten
 = \frac{1}{\rho}* \delta(\rho - \rho_0) \delta(\phi-\phi_0)\delta(z-z_0) )
Integriere über Leiter
 = I \delta(\rho -R) \delta(z) )
Für das Vektorpotential Gilt:
 = \frac{\mu_0}{4\pi} \int \! f(x) \, \frac{\vec{j}(\vec{r'})}{|\vec{r} - \vec{r'}| } \dd^3 r' )
Lege Betrachtungs punkt in xy ebene = > phi = 0 Dann kann man das Vektorpotential in der y- Koordinate bestimmen mit
A(\rho. z)) Betrachte die y- komponente der stromdichte
 = \frac{\mu_0}{4\pi} \int \! f(x) \, \frac{I \delta(z') \delta(\rho' - R)cos\tilde {\phi}}{|\vec{r} - \vec{r'}| } \dd^3 r' )
 = \frac{\mu_0}{4\pi} \int_0^{2\pi} \! \, \dd \phi' \int_{-\infty}^\infty \! \, \dd z' \int_0^\infty \! \frac{I \rho' \delta(z')\delta(\rho'-R) cos \tilde {\phi}}{\sqrt{\rho + \rho' -2\rho \rho' cos \tilde{\phi} + (z+z')^2}} \, \dd \rho')
 = \frac{I \mu_0}{4\pi} \int_0^{2\pi} \! \frac{1}{\sqrt{\rho^2 + R^2 -2R\rho cos \tilde(\phi) +z^2}} \, \dd \phi'<br />)
=>  = \frac{IR\mu_0}{4\pi} \frac{1}{\sqrt{\rho^2 + R^2 +z^2}} \int_0^{2\pi} \! \frac{cos \tilde {\phi}}{\sqrt{1- \frac{2\rho Rcos \tilde{\phi}}{\rho^2 + R^2 + z^2}}} \, \dd \tilde{\phi} <br />)
Integral für das Vektor potential.
b) Entwickle nenner als Binomische Reihe 
^{\frac{-1}{2}} \approx 1- \frac{2\rho R cos \tilde{\phi}}{\sqrt{R^2 +z^2 }})
^{\frac{-1}{2}} = \sum\limits_{k=0}^ \infty \begin{pmatrix} \frac{-1}{2} \\ k \end{pmatrix} x^k)
(-3/2)}{2*1})x^2 + ...)
x^2 + \frac{3}{8} (\frac{2\rho R cos \tilde{\phi}}{R^2+z^2})^2)
Wir erhalten für das Vektor potential
^2 \, \dd \tilde{\phi} )
Integral ergibt
 )
Nutze Zylinder symetrie:
 = \frac{IR^2\mu_0}{4} \frac{\rho}{(R^2+z^2)^{\frac{3}{2}}} )
Berechne B-Feld

 = \begin{pmatrix} \frac{IR^2\mu_0}{4} \frac{3 \rho z}{(\rho^2 +z^2)^{\frac{5}{4}}}\\ 0\\ \frac{IR^2\mu_0}{4} \frac{2z^2- \rho^2}{(R^2+z^2)^{\frac{5}{4}}}\end{pmatrix} )
Für rho = 0
 = \begin{pmatrix} \frac{IR^2\mu_0}{4} \frac{3 \rho z}{(\rho^2 +z^2)^{\frac{5}{4}}}\\ 0\\ \frac{IR^2\mu_0}{4} \frac{2z^2}{(R^2+z^2)^{\frac{5}{4}}}\end{pmatrix} )
Wie gesagt ich habe keinen Plan wie die c zu machen ist Ich freue mich auf jede Hilfe |
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