9.3.18∗. Ток $I$ по длинному прямому проводу входит в проводник перпендикулярно его поверхности и равномерно растекается по нему. Как зависит индукция магнитного поля внутри проводника от угла $\beta$ и расстояния $r$?
Решение
Все точки проводника с одинаковыми $r$ и $\beta$, как нетрудно заметить, составляют окружность. Радиус такой окружности будет равен $R=r\sin\beta$
Тогда воспользуемся теоремой о циркуляции $B$ по замкнутому контуру
$$\int Bdl=\mu_0\sum I\tag{1}$$
для этой окружности. Её длина равна $l=2\pi r\sin\beta$
Ток, согласно условию, течет одинаково во всех направлениях, причем видимо поверхность проводника вблизи точки присоединения провода можно считать плоской.
Тогда отношению тока, текщего через нашу окружность, к полному току равно $\frac{I'}{I}=\frac{\Omega}{2\pi}$, где $\Omega$ - телесный угол, под которым окружность видна из точки присоединения провода. Тогда теорема (1) примет вид
Рассмотрим сферу радиусом $R$ с центром в вершине конуса. Конус вырезает на этой сфере часть поверхности, которая представляет собой сферический сегмент (шапочку).
Элемент площади $dS$ на сфере в сферических координатах выражается как
$$dS = R^2 \sin\theta \ d\theta \ d\varphi$$
где $\theta$ — полярный угол (отклонение от оси), а $\varphi$ — азимутальный угол (угол поворота вокруг оси).
Для прямого конуса с углом полураствора $\beta$, полярный угол $\theta$ изменяется от $0$ до $\beta$, а азимутальный угол $\varphi$ изменяется от $0$ до $2\pi$ (полный оборот).