Het magnetische veld van een lange rechte geleider

Bereken het magnetische veld rondom een lange rechte stroomvoerende geleider. Ga uit van een vacuüm omgeving.
Stel ik heb een rechte geleider met lengte l waar een stroom i doorheen loopt:
Stroomvoerende draad
Figuur 1
Ik kies een willekeurig punt P:
Grafiek
Figuur 2
Vervolgens bepaal ik de bijdrage van een willekeurig infinitesimaal stukje van de stroomvoerende geleider, dat stukje noem ik dl, aan het magnetische veld in het punt P. Ik kies een stukje dl en ik geef gelijk wat afstanden en hoeken aan:
Grafiek
Figuur 3
De bijdrage van de stroom i door het stukje dl aan het magnetische veld H in P is (in vectornotatie):
Vergelijking
Het kruisje in bovenstaande vergelijking geeft het uitwendig product aan:
Vergelijking
Hierin is n een eenheidsvector die zowel loodrecht op A als B staat en φ is de hoek die door de vectoren ingesloten wordt. Vergelijking (1) kan ik omschrijven als volgt (en omdat r een eenheidsvector is, is de grootte één en hoef ik die niet meer mee te slepen):
Vergelijking
Vervolgens ga ik integreren over de totale lengte van de geleider om het veld in P te bepalen:
Vergelijking
In figuur 3 zie ik dat:
Vergelijking
Vergelijking
Omdat:
Vergelijking
Ik kan dl dus vinden door (5) te differentiëren:
Vergelijking
En dit resultaat plus vergelijking (6) vul ik in in vergelijking (4):
Vergelijking
We gaan uit van een lange draad en dan zijn α1 en α2 bij goede benadering −π/2 respectievelijk π/2. Zo bereiken we het antwoord:
Vergelijking
Omdat we uit gaan van een vacuüm omgeving kan ik ook schrijven:
Vergelijking
Om de geleider bevinden zich veldlijnen die zowel loodrecht op de stroomrichting als de afstand tot de draad staan:
Stroomvoerende draad plus veldlijnen
Figuur 4
De sterkte van het veld is evenredig met de stroomsterkte en omgekeerd evenredig met de afstand tot de geleider.