Магнитни полета от токове
Движещ се електрически заряд създава магнитно поле около себе си, така че всяка жица с ток е заобиколена от кръгови линии на магнитното поле. Ако завиеш тази жица в навивка, линиите на полето от всяка бримка се събират вътре, правейки едно силно, равномерно поле, течащо по дължината на навивката. Набий повече навивки жица, или бутни повече ток през нея, и полето вътре става по-силно.
Формулата
B = μ₀ · N · I / L
- B — магнитно поле (T): силата на магнитното поле вътре в навивката
- μ₀ — магнитна пропускливост на вакуума (T·m/A): фиксирана константа, задаваща колко силно ток произвежда магнитно поле
- N — брой навивки (turns): колко бримки жица изграждат навивката
- I — ток (A): колко заряд тече през жицата всяка секунда
- L — дължина (m): дължината на навивката, върху която са навити бримките
Разрешен пример
Навивка (соленоид) има 500 навивки жица, навити върху дължина 0.5 метра, носеща ток 2 ампера. Каква е силата на магнитното поле вътре?
- N = 500 навивки
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
Провери се
Соленоидът сега има 1000 навивки вместо 500, със същия ток и дължина. Какво става с магнитното поле вътре?
- Верен отговор: Удвоява се до 16π × 10⁻⁴ T
- Преполовява се до 4π × 10⁻⁴ T
- Остава същото, 8π × 10⁻⁴ T
Вярно! B е пропорционално на N, така че удвояването на навивките удвоява полето: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Около единична права жица, носеща ток, без никаква навивка, каква форма правят линиите на магнитното поле?
- Равномерно поле като вътре в навивка
- Прави линии, течащи по жицата
- Верен отговор: Кръгове, увити около жицата
Точно — права жица с ток е заобиколена от кръгови магнитни полеви примки, следвайки правилото на дясната ръка.
Къде виждаш това
Кран за скрап пуска навивка жица, включва тока и вдига кола — изключи тока и колата пада. Няма магнетизъм без ток, пълен магнетизъм при поискване: звънци, MRI скенери и крановете за скрап са всички същият прибор — соленоид, чието поле командваш със ключ.
Чести грешки
Първо, формата на полето: около права жица линиите на полето образуват кръгове, увити около жицата — не прави линии, не равномерно поле; силното равномерно поле се появява само вътре в навивка. Второ, мащабирането: B = μ₀ · N · I / L расте с навивките и тока, така че минаването от 500 на 1000 навивки при същия ток точно удвоява полето вътре. Токът прави полето — желязното сърце само го концентрира.
Как се свързва
Това е осът на модула електромагнетизъм от електричество към магнетизъм: законът на Кулон и електроемността бяха за заряди в покой, а тук движещ се заряд — ток — разбърква поле около себе си. Силата на Лоренц, следваща, затваря цикъла: тези полета бутат обратно всеки друг движещ се заряд, който се промъкне през тях.