المجال المغناطيسي داخل ملف لولبي
1 · توقّع
ملف لولبي (ملف ملفوف بإحكام) يمر تيار عبر لفاته الكثيرة. إذا زدت التيار، فهل تتناسب شدة المجال الداخلي طرديًا مباشرة؟
- ينمو المجال أسرع من التيار، إذ تتراكم مساهمات اللفات.
- نعم — المجال الداخلي متناسب طرديًا مع التيار.
- لا يعتمد المجال الداخلي على التيار.
2 · التجهيز
- افتح تجربة الملف اللولبي واضغط إعادة. للملف اللولبي 400 لفة على طول 0.45 m.
- فعّل قراءة شدة المجال الداخلي.
- اضبط تيار الملف لكل تجربة وسجل شدة المجال الداخلي.
3 · اجمع البيانات
| تيار الملف I (A) | المجال الداخلي B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
ارسم شدة المجال B (المحور y) مقابل التيار I (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب B = μ₀NI/L باستخدام μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m و N = 400 و L = 0.45 m. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا يعتمد المجال الداخلي على عدد اللفات لوحدة الطول (N/L) لا على اللفات والطول منفصلين — ملف لولبي أطول بلفات أكثر بالتناسب يعطي المجال نفسه.
5 · وسّع
- المغناطيس الكهربائي (كما في رافعة ساحة الخردة) ملف لولبي ملفوف حول قلب حديد بالأساس، وهو يضرب المجال بعامل مئات أو آلاف (النفاذية العالية للقلب). اشرح لماذا ينتج ملف لولبي هوائي مجرد كهذا مجالًا أضعف بكثير للتيار واللفات نفسها.
- خارج ملف لولبي مثالي يقارب المجال المغناطيسي الصفر، بخلاف مجال سلك مفرد الذي يمتد خارجًا منه. بمجالات اللفات الفردية الكثيرة، اشرح لماذا يتلاغى إلى حد كبير مجالا الجانبين المتقابلين من الملف في الخارج ويتعززان في الداخل.
الفيزياء خلف هذه التجربة
مجال داخل الملف اللولبي
يُنتج الملف اللولبي الطويل الملفوف بإحكام مجالًا مغناطيسيًا داخليًا شبه منتظم تحدده كثافة لفاته وتياره: B = μ₀NI/L، حيث N العدد الكلي للفات وL طول الملف.