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Cálculo de las fuentes de un campo magnético

De Laplace

Contenido

1 Enunciado

En el espacio alrededor de una esfera superconductora existe un campo magnético de la forma

\mathbf{B}(\mathbf{r})=\begin{cases}
\mathbf{0} & (r < a) \\ & \\ B_0\left(\left(1+\displaystyle\frac{C_1}{r^3}\right)\cos(\theta)\mathbf{u}_r+
\left(-1+\displaystyle\frac{C_2}{r^3}\right)\mathrm{sen}(\theta)\mathbf{u}_\theta\right) &
(r>a) \end{cases}
  1. Calcule los valores de las constantes C1 y C2.
  2. Determine las corrientes que crean este campo.
  3. ¿A qué tiende este campo para r \gg a?
  4. Este campo puede escribirse como el del apartado anterior, más el campo de un dipolo magnético. ¿Cuánto vale su momento dipolar magnético?

2 Valores de las constantes

Los valores de C1 y C2 los calculamos imponiendo que éste sea un campo magnético. Las ecuaciones que debe verificar necesariamente son:

\nabla\cdot\mathbf{B}=0        \mathbf{n}\cdot[\mathbf{B}] = 0

La primera debe cumplirse en todo volumen y la segunda en toda superficie de discontinuidad, que en este caso es solamente la superficie esférica r = a.

2.1 Ecuación volumétrica

La ley de Gauss para el campo magnético se cumple idénticamente en la esfera r < a, por ser nulo el campo en ella.

\nabla\cdot\mathbf{B} = \nabla\cdot\mathbf{0} = 0\qquad (r < a)

En el exterior de la esfera en cambio, debemos recurrir a la expresión de la divergencia, calculada en coordenadas esféricas

\nabla\cdot\mathbf{B} = \frac{1}{r^2}\frac{\partial\ }{\partial r}\left(r^2B_r\right) + \frac{1}{r\,\mathrm{sen}(\theta)}\frac{\partial }{\partial\theta}\left(\mathrm{sen}(\theta)B_\theta\right)

3 Fuentes del campo

4 Comportamiento asintótico del campo

5 Momento dipolar magnético

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