Magnetfelter fra strømme
En bevægelig elektrisk ladning skaber et magnetfelt omkring sig, så enhver strømførende ledning er omgivet af cirkulære magnetfeltlinjer. Hvis du bøjer den ledning til en spole, lægges feltlinjerne fra hver omgang sammen indeni til ét stærkt, ensartet felt, der løber langs spolens længde. Flere omviklinger tråd eller mere strøm gennem den, og feltet indeni bliver stærkere.
Formlen
B = μ₀ · N · I / L
- B — magnetfelt (T): styrken af magnetfeltet inde i spolen
- μ₀ — vakuumpermeabilitet (T·m/A): en fast konstant, der fastsætter, hvor kraftigt en strøm frembringer et magnetfelt
- N — antal omviklinger (turns): hvor mange trådomgange, der udgør spolen
- I — strøm (A): hvor meget ladning, der flyder gennem ledningen hvert sekund
- L — længde (m): længden af spolen, som omviklingerne er viklet over
Udregnet eksempel
En spole (solenoide) har 500 omviklinger tråd viklet over en længde på 0.5 meter og fører en strøm på 2 ampere. Hvad er styrken af magnetfeltet indeni?
- N = 500 omviklinger
- 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
Test dig selv
Solenoiden har nu 1000 omviklinger i stedet for 500, med samme strøm og længde. Hvad sker der med magnetfeltet indeni?
- Korrekt svar: Det fordobles til 16π × 10⁻⁴ T
- Det halveres til 4π × 10⁻⁴ T
- Det forbliver det samme, 8π × 10⁻⁴ T
Rigtigt! B er proportional med N, så en fordobling af omviklingerne fordobler feltet: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Omkring en enkelt lige ledning, der fører strøm, uden spole involveret, hvilken form danner magnetfeltlinjerne så?
- Et ensartet felt som inde i en spole
- Lige linjer, der løber langs ledningen
- Korrekt svar: Cirkler, der omslutter ledningen
Præcis — en lige strømførende ledning er omgivet af cirkulære magnetfeltsløjfer, der følger højrehåndsreglen.
Hvor du ser det
En kran på en skrotplads sænker en ledningsspole ned, slår strømmen til og løfter en bil — slå strømmen fra, og bilen falder til jorden. Ingen magnetisme uden strøm, fuld magnetisme efter behov: dørklokker, MR-skannere og skrotpladskraner er allesammen den samme anordning, en solenoide, hvis felt du styrer med en kontakt.
Almindelige fejl
For det første feltets form: omkring en lige ledning danner feltlinjerne cirkler, der ligger viklet rundt om ledningen — ikke lige linjer, ikke et ensartet felt; det stærke, ensartede felt opstår kun inde i en spole. For det andet skaleringen: B = μ₀ · N · I / L vokser med omviklingerne og strømmen, så en tur fra 500 til 1000 omviklinger ved samme strøm fordobler feltet indeni præcist. Strømmen skaber feltet — en jernkerne koncentrerer det blot.
Sådan hænger det sammen
Dette er elektromagnetisme-modullets drejepunkt fra elektricitet til magnetisme: Coulombs lov og kapacitans handlede om ladninger i hvile, og her pisker bevægelig ladning — strøm — et felt op omkring sig selv. Lorentz-kraften, som kommer herefter, lukker cirklen: de felter skubber tilbage på enhver anden bevægelig ladning, der vandrer igennem.