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No.1ベストアンサー
- 回答日時:
xy平面で原点を中心とする円電流の作る磁界は
B=(μ₀a²I/2)/(a²+z²)³/²
http://www.th.phys.titech.ac.jp/~muto/lectures/G …
となる。
すると、z'の位置にあるリング電流 Indz' が zに作る磁界は
dB=(μ₀na²I/2) dz'/(a²+(z-z')²)³/²
となる。したがって、これを z'=-l~l まで積分すればよい。
B=∫[-l→l] dB=(μ₀na²I/2)∫[-l→l] dz'/(a²+(z'-z)²)³/²
ここで、z'-z=a tanθ と変換し、tanθ₁=-(l+z)/a , tanθ₁=(l-z)/a
とすると
sinθ₁=-(l+z)/√{(l+z)²+a²} , sinθ₂=(l-z)/√{(l-z)²+a²}
だから
B=(μ₀na²I/2)∫[θ₁→θ₂] (adθ/cos²θ)/{a³(1+tan²θ)³/²}
=(μ₀na²I/2)∫[θ₁→θ₂] (adθ/cos²θ)/{a³/cos³θ}
=(μ₀na²I/2) ∫[θ₁→θ₂] (1/a²)cosθdθ
=(μ₀nI/2) [sinθ][θ₂,θ₁]
=(μ₀nI/2)(sinθ₂-sinθ₁)
=(μ₀nI/2)[ (l-z)/√{(l-z)²+a²} + (l+z)/√{(l+z)²+a²} ]
つぎに、l → ∞とすると l-z,l+z → ∞なので
(l-z)/√{(l-z)²+a²}, (l+z)/√{(l+z)²+a²} → 1
となるから
B=μ₀nI
となる。
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