میدان مغناطیسی سیم حامل جریان

1 · پیش‌بینی

سیم راستی جریان پایایی را حمل می‌کند. وقتی نقطهٔ آزمایش را از سیم دورتر می‌برید، آیا شدت میدان مغناطیسی همان‌طور افت می‌کند که میدان بار الکتریکی می‌افتد؟

• بله — افت سادهٔ 1/r² است، مثل بار نقطه‌ای.
• میدان به فاصله از سیم بستگی ندارد.
• نه — میدان سیم حامل جریان متفاوت از بار نقطه‌ای افت می‌کند، چون جریان منبعی گسترده (خطی) است، نه نقطه.

2 · آماده‌سازی

1. پیش‌تنظیم میدان سیم را باز کنید و Reset بزنید. سیم جریان ثابت 8 A را روی قطعه‌ای 4.8 متری حمل می‌کند.
2. قرائت شدت میدان را فعال کنید.
3. فاصلهٔ عمود از میانهٔ سیم را برای هر آزمایش تنظیم کنید و شدت میدان را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، |B_z| (محور y) را بر حسب 1/d (محور x) رسم کنید. آیا نسبت به رسم بر حسب 1/d² خطی‌تر به نظر می‌رسد؟

4 · تحلیل

1. برای یک آزمایش، |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) را با μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m و I = 8 A و L_half = 2.4 m حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
2. شکل این فرمول را با فرمول میدان الکتریکی آزمایش خط بار مقایسه کنید. توضیح دهید چرا هم میلهٔ باردار متناهی و هم سیم حامل جریان متناهی، میدان‌هایی با همان نوع وابستگی فاصله‌ای می‌دهند — نزدیک سیم نزدیک 1/d و دور نزدیک 1/d².

5 · گسترش

1. برای سیم ایده‌آل بی‌نهایت، میدان به شکل کلاسیک B = μ₀I/(2πd) ساده می‌شود — افت تمیز 1/d. در چه فاصله‌ای نسبت به طول 4.8 m این سیم انتظار دارید فرمول سیم متناهی این آزمایش به آن تقریب سیم بی‌نهایت نزدیک شود؟
2. قطب‌نمایی نزدیک سیم حامل جریان منحرف می‌شود تا با میدان مغناطیسی سیم هم‌راستا شود. با قانون دست راست توضیح دهید چرا میدان دور سیم می‌چرخد، نه شعاعی به بیرون مثل میدان الکتریکی.

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش