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Aufgabenstellung:

Eine Leiterschleife mit dem Durchmesser wird von einem Gleichstrom durchflossen.

Abbildung

Berechnen Sie allgemein (d. h. mit Formelzeichen) die Feldstärke auf der Achse der Leiterschleife, die im Abstand von der Ebene der Leiterschleife entsteht. Die Leiter der Stromzuführung werden eng beieinander geführt, so dass sie zum Feld nichts beitragen.

Lösungsweg:

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Feldstärke

Die folgende Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Strom und der Feldstärke:

Die Integration muss über die Länge der Leiterschleife durchgeführt werden.

Der Winkel zwischen jedem infinitesimal kleinen Wegelement und dem Verbindungsvektor ist für jedes Wegelement und es gilt:

Da die Länge des Verbindungsvektors für jedes Wegelement die gleiche Länge hat, lautet die Gleichung für die Feldstärke:

Die Integration über sämtliche Wegelemente ergibt den Umfang der der Leiterschleife.

Der Feldstärkevektor hat aber für jedes Wegelement eine andere Richtung.

Wir zerlegen den Feldstärkevektor in eine x-Komponente und eine y-Komponente.

Die y-Komponenten heben sich für sämtliche Wegelemente bei der Integration auf, deshalb brauchen wir nur die x-Komponenten zu berücksichtigen:

Mit und ergibt sich:

Lösung: