חוק ביו-סבר

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

חוק ביו-סבר הוא חוק בסיסי במגנטוסטטיקה, המתאר את השדה המגנטי הנוצר כתוצאה מתנועה של מטען חשמלי במרחב או מזרם. מבחינה זו הוא אנלוגי לחוק קולון באלקטרוסטטיקה. החוק קרוי על שמם של ז'אן-בטיסט ביו ופליקס סבר.

ניסוח מתמטי של החוק הוא:

 d\vec{B} = \frac{\mu _0}{4\pi} \frac{\ \ q \vec{v} \times \hat{r}}{r^2} = \frac{\mu _0}{4\pi} \frac{I\vec {dl} \times \hat {r}}{r^2}

כאשר:

\frac{\mu_0}{4\pi} הוא הקבוע המגנטי במערכת SI, וערכו \ 10^{-7} N / A^2 - על-מנת לעבור למערכת יחידות cgs יש להחליפו ב-\frac{1}{c}, כאשר c היא מהירות האור בריק;
q הוא גודל המטען היוצר את השדה;
v היא מהירות המטען;
I הוא הזרם החשמלי;
dl הוא וקטור אורך דיפרנציאלי לאורך הזרם;
\hat r הוא וקטור יחידה, המחבר את מיקומו הנקודתי של המטען/קטע הזרם היוצר את השדה לנקודה שבה נמדד השדה;
r הוא המרחק בין המטען/קטע הזרם היוצר את השדה לנקודה שבה נמדד השדה.

הנוסחה שלעיל היא נוסחה לחלק דיפרנציאלי של השדה המגנטי, הנוצר מקטע זרם קטן. על-מנת למצוא את השדה המגנטי שנוצר על ידי התפלגות של מטענים או תיל עם זרם, יש לבצע אינטגרציה על הנוסחה.

חוק ביו-סבר באווירודינמיקה[עריכת קוד מקור | עריכה]

חוק ביו-סבר משמש גם לחישובים של מהירות המושרית מקווי מערבולת בתורת האווירודינמיקה (תורה זו היא כמעט מקבילה למגנטוסטטיקה; למשל, מערבולות מתאימות לזרם, ומהירות מושרית מתאימה לעוצמת השדה המגנטי).

המהירות המושרית בנקודה נתונה, כתוצאה מקו מערבולת עם אורך אינסופי היא:

v = \frac{\Gamma}{4\pi d}

כאשר:

Γ היא עוצמת המערבולת
d הוא המרחק האנכי בין הנקודה וקו המערבולת.

זהו מקרה קצה של הנוסחה למקטעי מערבולת מאורך סופי:

v = \frac{\Gamma}{8 \pi d} [cos(A) - cos(B)]

כאשר A ו-B הנן זוויות (חיוביות או שליליות) בין קו המערבולת ושני קצות המקטעים.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]