11.5.6∗. Длинный короткозамкнутый сверхпроводящий соленоид вдвигают в магнитное поле индукции $B_0$ под углом $\alpha$ к направлению поля. Как распределится индукция магнитного поля в соленоиде, если он лишь наполовину войдет во внешнее поле?
Решение
Считаем сначала ток в сверхпроводящем соленоиде нулевой. Значит магнитный поток через все витки (потокосцепление) равен
$$\Phi_1 = 0.$$
Когда внесли наполовину в поле то потоксцепление через все витки тоже должно быть равно нулю
$$\Phi_2 = 0.$$
Величина $\Phi_2$ может быть рассмотрена как сумма
потока через левую половину (которая в поле) соленоида $\Phi_l$
и потока через правую половину соленоида вне поля $\Phi_r$.
Тогда имеем
$$0 = \Phi_l + \Phi_r.\tag{1}$$
Далее, поток через левую половину есть сумма потока $\Phi_f$ поля через левую половину и потока $\Phi_{cl}$ от тока в соленоиде через левую половину.
Для величины $\Phi_f$:
$$\Phi_f = B_0S\cos\alpha\dfrac{N}{2},$$
где $S$ есть площадь витка соленоида, $N$ есть количество витков соленоида.
Учитывая, что поток через соленоид от его тока равен $\Phi_c = \Phi_{cl} + \Phi_r$ из $(1)$ получаем
Почему не учитывается поток поля через соленоид от составляющей индукции $B_0\sin\alpha$ через соленоид? Порядок площади сверхпроводящего контура для этой составляющей $lr$, где $l$ есть длина соленоида, а порядок площади сверхпроводящего контура для осевой составляющей $r^2N = r^2\dfrac{l}{d}$, где $d$ есть диаметр провода. Считаем, что $d \ll r$ и $\alpha \sim 1$, поэтому сравнивая видим, что поток для неучтенной составляющей индукции $B_0\sin\alpha$ пренебрежимо мало по сравнению с потоком от осевой $B_0\cos\alpha$. Поэтому поток поля через соленоид, перпендикулярный оси не учитывался.
Ответ
Меняется только осевая составляющая индукции магнитного поля. В области внешнего поля она равна $(1/2)B_0\cos\alpha$, а вне этой области $-(1/2)B_0\cos\alpha$.