Medición de ángulos en la derivación del campo magnético de un solenoide infinitamente largo

Tengo una duda en la derivación del campo magnético dentro de un solenoide infinitamente largo de radio. R .

Para derivar B se consideran todos los bucles en el solenoide: en una longitud d X hay norte d X bucles, cada uno de los cuales produce un campo magnético, por lo que tenemos:

d B = m 0 4 π R 2 ( R 2 + X 2 ) 3 2 norte d X

Para obtener B , considere por separado los casos 1 y 2 como en la imagen En los dos casos la corriente fluye como se indica ( × está entrando en la pantalla, sale de la pantalla), pero los ángulos (en caso 1 θ , En caso 2 ϕ ) se miden desde los dos lados opuestos del solenoide.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Caso 1 :

R 2 + X 2 s i norte θ = R

X X 0 = R C o t gramo θ d X = R s i norte 2 θ d θ

B ( X 0 ) = m 0 norte i 2 θ 1 θ 2 s i norte θ d θ = m 0 norte i 2 ( C o s θ 2 C o s θ 1 )

Caso 2 :

R 2 + X 2 s i norte ϕ = R

X X 0 = R C o t gramo ϕ d X = R s i norte 2 ϕ d θ

B ( X 0 ) = m 0 norte i 2 ϕ 1 ϕ 2 s i norte ϕ d θ = m 0 norte i 2 ( C o s ϕ 1 C o s ϕ 2 )

Aquí está el problema: en ambos casos, la condición límite del solenoide infinitamente largo es que el primer ángulo ( ϕ 1 o θ 1 ) es 0 y el segundo ángulo ( ϕ 2 o θ 2 ) es π .

Sin embargo, haciendo la sustitución en caso 1 yo obtengo

B = m 0 norte i

mientras que en el caso 2 yo obtengo

B = + m 0 i norte

cual es el resultado correcto.


¿Hay alguna razón en particular por la cual la medición del ángulo debe hacerse como en el caso 2 y no como en el caso 1 para obtener el resultado correcto? ¿O ambos métodos son válidos? Si es así, ¿cómo es posible obtener un resultado diferente solo por la orientación de la medición del ángulo?

-1. No considero que esta sea una pregunta útil. Los 2 diagramas son iguales, solo que al revés. Esta es una confusión trivial sobre las matemáticas. No hay física útil aquí, en mi opinión.

Respuestas (1)

Dado que la única diferencia es un cambio de signo, realmente debe tener mucho cuidado con las convenciones en el camino. En realidad, no especificó en su segunda integral si desea integrar desde ϕ 1 a ϕ 2 , o al revés, y eso obviamente afectará su resultado.

Por lo general, en casos como este, puede simplificar su vida utilizando un diagrama para determinar la dirección (signo) de B, y luego olvidándose de los signos hasta el final, cuando puede agregar un signo menos si es necesario...

Me doy cuenta de que ese es el enfoque pragmático. Si desea el enfoque cuidadoso, le recomiendo que se pregunte sobre el orden de integración. Cuando cambiaste la forma en que mediste ϕ 1 , su complemento fue etiquetado como θ 2 ... lo que significa que invirtió los ángulos de "inicio" y "parada". Lo que te dará un cambio de signo.

Gracias por la respuesta, lo siento, arreglé el orden de integración también en la segunda integral que es de ϕ 1 a ϕ 2
Bien, entonces está cambiando la dirección de integración, en sentido contrario a las agujas del reloj en θ , en el sentido de las agujas del reloj ϕ . Entonces, por supuesto, obtendrá un cambio de signo.
Exactamente, las direcciones de integración son opuestas, pero no entiendo cómo esto podría afectar el signo del resultado ya que solo estoy "sumando" el campo magnético de cada bucle en un orden diferente... ¿Sería tan amable de decir un poco más sobre este punto?
la integral de 0 1 d X = 1 , pero 1 0 d X = 1 . Así es como funcionan las integrales...