11.5.26∗. Внутри проводящей цилиндрической оболочки создано магнитное поле. Оболочке сообщается скорость $v$ таким образом, что она начинает сжиматься к оси, не теряя симметрии. Найдите максимальную индукцию магнитного поля, которая может быть получена таким способом, если начальная индукция $B_0 = 10~\text{Тл}$,$v = 3~\text{км/с}$, начальный радиус оболочки $r_0 = 20~\text{см}$, ее толщина $\Delta = 0{,}5~\text{см}$, плотность материала оболочки $\rho = 8{,}9~\text{г/см$^3$}$. Найдите максимальное магнитное давление, действующее на оболочку. Электрическим сопротивлением оболочки пренебречь.
Решение
Максимальное поле
Запишем сохранение энергии после небольшого сжатия с начала процесса, когда площадь сечения трубы изменилась с $S$ до $s$ ($s < S$):
Выберем произвольную элементарную площадку на трубе длиной $dy$ вдоль оси трубы и длиной $dx$ вдоль тока, циркулирующего в трубе по окружностям в плоскостях, поперечных оси трубы.
Эта элементарная площадка близи себя создает индукцию с одинаковым модулем по обе стороны от нее (внутри и снаружи трубы).
Также по обе стороны от нее индукция создается всеми остальными внешними токами по отношению к этой площадке. И вследствие малости площадки по обе стороны вблизи от нее поле остальных токов постоянно по величине и направлению.
Результирующая индукция внутри трубы равна $B$ (труба длинная считаем), снаружи результрующая равна $0$. Из сказанного выходит, что поле от остальных токов через площадку равно $B/2$.
Давление на площадку магнитное создается силой Ампера от поля внешних к площадке токов