9.2.20. Из намагниченного железа вырезали плоский тонкий диск радиуса $R$ и толщины $h$. Плоскость диска перпендикулярна направлению намагничивания. Магнитный момент единицы объема железа $M$. Определите индукцию магнитного поля на оси диска на расстоянии $l$ от его центра.
Решение
Магнитный момент единицы объёма магнетика $M$ называется степенью его намагниченности.
Вообще, магнитные свойства магнетиков определяются так называемыми токами намагничивания. $M=const$, значит токи намагничивания текут только по поверхности диска (все молекулярные токи внутри объема компенсируют друг друга).
Чтобы найти эти токи, воспользуемся теоремой о циркуляции вектора $\vec M$: $$\oint\vec Md\vec l=I$$ где $I$ - алгебраическая сумма токов намагничивания, охватываемых замкнутым контуром длиной $l$.
Рассмотрим контур, охватывающий торцевую поверхность цилиндра. В данном случае $\vec M\perp\vec l$, $$I=\oint\vec Md\vec l=\vec M\cdot\vec l=0\tag{1}$$ Теперь рассмотрим контур, охватывающий боковую поверхность цилиндра. В данном случае $\vec M\parallel\vec l$,
Значит, индукция магнитного поля нашего диска эквивалентна полю на оси кольца радиуса $R$, по которому течет ток $I$, и равная $$B(l) = \frac{\mu_0 I R^2}{2 (R^2 + l^2)^{3/2}}\tag {3}$$ Эта формула уже была получена в задаче 9.2.10. Подставляя (2) в (3), получим $$B=\frac{\mu_0MR^2h}{2(R^2+l^2)^{3/2}}$$