а)Докажем что ток в намагниченном до насыщения цилиндре возникает только на его внешней поверхности: $$j=\Delta \times M$$$$i=\hat{n}\times M$$ где $\hat{n}$ - вектор нормали к поверхности. Т.к. проводник намагничен до насыщение ротор $M=0$ следовательно внутри тока нет. На торцах векторное произведение обращается в нуль, поэтому там тока тоже нет $\Rightarrow$ ток есть только на торцах и по правилу векторного произведения его линейная плотность равна $i=M$
б) Разница в индукции возникает как следствие разницы телесных углов под которыми видны поверхности с током. Аналогично пункту а токи возникают только на внешней поверхности и отсутствуют на торцах и внутри проводников. В случае бесконечного стерня телесный угол равен $\Omega = 4\pi$. В случае квадрата $\Omega' = \frac{8\pi}{3}$ следовательно индукция меньше в $n=1,5$ раза.
в)Телесный угол под которым видна внешняя поверхность по которой течет ток равен $$\Omega = 4\pi - 2\cdot2\pi (1-cos\alpha)=4\pi cos\alpha$$ где $cos\alpha = \frac{1}{\sqrt{4\frac{r^2}{l^2}+1}}$ Следовательно: $$B = \frac{\mu_0M}{\sqrt{1+4\frac{r^2}{l^2}}}$$ $r/l \to 0$: $$B \to \mu_0 M$$ $l/r \to 0$: $$B \to \frac{\mu_0 Ml}{2r}$$ г)Представим поле прошлого цилиндра как суперпозицию полей тонкого цилиндра в центре и остальной части. $$\hat{B}_{тонкого}+\hat{B}_{ост}=\hat{B}_{цел}$$ $$\hat{B}_{ост} = -(\hat{B}_{тонкого}-\hat{B}_{цел})$$ $$B = \mu_0 M(1-\frac{1}{\sqrt{1+4\frac{r^2}{l^2}}})$$ $r/l \to 0$: $$B \to \frac{2\mu_0 Mr^2}{l^2}$$ $l/r \to 0$: $$B \to \mu_0 M$$
Ответ
$а) Магнитное поле цилиндра складывается из магнитных полей тонких дисков толщины ∆, на которые можно разбить этот цилиндр. Магнитное же поле каждого диска сов падает с магнитным полем тока, текущего с линейной плотностью M (M — магнитный момент единицы объема железа); по внешней поверхности диска (см. решение задачи 9.2.19∗). Направление индукции магнитного поля в центре кубика совпадает с направлением намагничивания. Модуль этого вектора будет во столько раз меньше модуля индукции магнит ного поля внутри стержня, во сколько раз 8π/3 (телесный угол, под которым видны боковые грани кубика 1–4) меньше 4π, т. е. n = 1,5 раза.$