Versión corta de mi pregunta:
¿Las corrientes dipolares causan campos? Creo que las corrientes de dipolos magnéticos alineados provocan un campo eléctrico, pero no sé cómo calcular este campo excepto en los casos más simples. quisiera saber como!
Versión completa de mi pregunta:
Supongamos que tengo un cable (o tubería) que transporta una corriente constante de partículas, y el cable tiene la forma de una curva sinusoidal en el - plano con periodo espacial y amplitud . Quiero calcular los campos eléctrico y magnético producidos por la corriente en el alambre.
Si las partículas que fluyen están cargadas, puedo usar la ley de Biot-Savart para escribir una integral y (al menos numéricamente) calcular el campo magnético resultante. En el límite donde , puedo comparar mis resultados con un cálculo de Lorentz-boost y ver que los dos métodos concuerdan.
Si las partículas que fluyen son dipolos eléctricos que apuntan en el -dirección, las cosas son más complicadas, pero todavía puedo usar la ley de Biot-Savart, sumando los campos magnéticos de dos corrientes eléctricas sinusoidales iguales, opuestas y desplazadas para obtener un campo magnético neto, aunque uno que cae mucho más rápido que en el caso anterior. Todavía puedo comparar mis resultados con el impulso de Lorentz en el límite, y encuentre que los dos métodos concuerdan.
Sin embargo, si las partículas que fluyen son dipolos magnéticos que apuntan en el -dirección, no sé cómo calcular sus campos eléctricos excepto en el límite. En este límite, puedo usar un argumento de impulso de Lorentz para mostrar que existe un campo eléctrico, pero no conozco ningún equivalente a la ley de Biot-Savart para corrientes de dipolos magnéticos. Me sorprendería mucho si el campo eléctrico desapareciera en el caso. ¿Cómo procedo? ¿Está esto cubierto en los libros de texto de primaria y me lo he perdido de alguna manera?
Estoy tentado a modelar este tercer caso de manera similar al caso 2, como un par ficticio de "corrientes magnéticas" iguales y opuestas, y usar una versión eléctrica de Biot-Savart. Esto produce el resultado correcto en el caso, y parece razonable en el caso, pero parece no tener base en ningún libro de texto o referencia que pueda encontrar. ¿Qué me estoy perdiendo?
Advertencias:
Si es posible, base su respuesta en libros de texto creíbles o artículos revisados por pares . Por ejemplo, si cree que a las ecuaciones de Maxwell les falta un término, me gustaría mucho ver un enlace externo para respaldarlo.
Esto puede ser obvio por el "espíritu" de la pregunta, pero no estoy particularmente apegado a la forma sinusoidal del cable que transporta corriente. Cualquier forma no trivial del cable que impida un impulso de Lorentz es igualmente interesante para mí, así que continúe y cambie la forma del cable si hace que las matemáticas sean más fáciles.
Dado que parece haber alguna duda sobre si el campo eléctrico de un dipolo magnético reforzado es distinto de cero, este artículo de Hnizdo (¡qué gran nombre!) puede ser útil. La sección 3 calcula explícitamente el campo. Todo esto también está tangencialmente relacionado con la paradoja de Mansuripur.
Creo que la técnica de dj_mummy funciona, pero tiene la desventaja de que requiere que hagas un cálculo para algunos finitos y el tomar el límite . Aquí hay una técnica diferente, que evita eso.
El potencial vectorial debido a un dipolo magnético en reposo es , con y . Realice un impulso de Lorentz en este vector y obtendrá un potencial para un dipolo en movimiento. De hecho, solo le importa el componente temporal de esto, por lo que no necesita calcular el resto. Integre esto sobre todos los dipolos (cada uno con su propia posición y vector de velocidad), y luego tome el gradiente para obtener el campo eléctrico. Tenga en cuenta que aunque el campo eléctrico es , el segundo término puede despreciarse; el valor integrado de es constante en el marco, ya que la corriente dipolar es estática en ese marco.
Otra forma de abordar esto, sugerida por Art Brown en un comentario a continuación, es así. Hnizdo muestra que con una aproximación suficiente, e ignorando algunas sutilezas relacionadas con la definición de multipolos, podemos tomar un dipolo magnético tener propiedades eléctricas, en el marco del laboratorio, caracterizadas por un momento dipolar eléctrico (en unidades con ). Esto hace que todo el problema parezca directamente análogo a la idea de desarrollar la ley de Biot-Savart ensamblando una colección de dipolos magnéticos, así que, aunque no lo he resuelto en detalle, parece que puedes obtener algo que sea un análogo exacto de la ley de Biot-Savart.
Creo que su premisa 3) con el argumento de impulso de Lorentz no es correcta. Consideremos el caso, una corriente de dipolos magnéticos (orientados en -dirección) que fluye hacia adentro -dirección. Entonces, el campo magnético NO cambia, y con Faraday , desaparece, por lo que no hay campo eléctrico dinámico. Pero tampoco hay campo eléctrico estático, por razones de simetría (imagine sus dipolos apuntando en dirección), y porque no hay exceso de carga eléctrica en ninguna parte.
(Tal argumento de simetría también puede aplicarse a la premisa 2), por lo que sería bueno ver que se resuelve en el caso límite cuando la distancia de las cargas llega a cero)
Creo que todo esto se aplica también a la forma sinusoidal.
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