میدان مغناطیسی درون سولنوئید
1 · پیشبینی
سولنوئیدی (پیچهٔ محکمپیچیده) از راه دورهای بسیارش جریان میگذراند. اگر جریان را زیاد کنید، آیا شدت میدان درونی با تناسب مستقیم مقیاس میشود؟
- میدان تندتر از جریان رشد میکند، چون سهم هر دور انباشته میشود.
- بله — میدان درونی مستقیماً با جریان متناسب است.
- میدان درونی به جریان بستگی ندارد.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم میدان سولنوئید را باز کنید و Reset بزنید. سولنوئید 400 دور روی طول 0.45 m دارد.
- قرائت شدت میدان درونی را فعال کنید.
- جریان پیچه را برای هر آزمایش تنظیم کنید و شدت میدان درونی را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| جریان سیمپیچ I (A) | میدان درونی B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
برای سه آزمایش، شدت میدان B (محور y) را بر حسب جریان I (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف میگذرد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، B = μ₀NI/L را با μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m و N = 400 و L = 0.45 m حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا میدان درونی به شمار دور بر واحد طول (N/L) بستگی دارد، نه به دورها و طول جدا جدا — سولنوئید بلندتر با دورهای بهتناسب بیشتر، همان میدان را میدهد.
5 · گسترش
- آهنربای الکتریکی (مثل جرثقیل قراضهخانه) در اصل سولنوئیدی دور هستهٔ آهنی است که میتواند میدان را صدها یا هزاران برابر کند (تراوایی بالای هسته). توضیح دهید چرا سولنوئید سادهٔ هستههوایی مثل این، برای همان جریان و دور، میدان بسیار ضعیفتری میسازد.
- بیرون سولنوئید ایدهآل، میدان مغناطیسی نزدیک صفر است، برخلاف میدان سیمِ تنها که از آن به بیرون میرود. با میدانهای دورهای منفردِ بسیار توضیح دهید چرا میدانهای طرفهای مخالف پیچه بیرون عمدتاً خنثی و درون تقویت میشوند.
فیزیک پشت این آزمایش
میدان درونی سولنوئید
سولنوئید بلند و تنگپیچیده، میدان مغناطیسی درونی تقریباً یکنواختی تولید میکند که توسط چگالی دورها و جریان تعیین میشود: B = μ₀NI/L که در آن N مجموع دورها و L طول سولنوئید است.