Sähkömagnetismi

Solenoidikenttä

Kaksi koelatausta: kelan sisällä F_B ≠ 0; ulkona F_B = 0. Valitse kumpikin vertailuun.

Solenoidikenttä – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Kaksi koelatausta: kelan sisällä F_B ≠ 0; ulkona F_B = 0. Valitse kumpikin vertailuun. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Solenoidikenttä

Solenoidin sisällä B ≈ μ₀(N/L)I – tasaiset nuolet akselin suunnassa.

Solenoidi, jossa on N kierrosta pituudella L ja virta I, tuottaa likimain tasaisen B ≈ μ₀(N/L)I akselinsa suuntaan kelan sisällä. Kenttäviivat kulkevat sisätilan läpi ja kiertyvät takaisin ulkopuolella – kuin sauvamagneetti. Lisää I:tä tai kierrostiheyttä ja katsele sisätilan B-nuolien kasvavan lukemassa.

• B ≈ μ₀NI/L
• Tasainen sisällä

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Solenoidi (tiiviisti käämitty kela) kantaa virtaa monien kierrosten läpi. Jos lisäät virtaa, skaalautuuko sisäkentän voimakkuus suoraan verrannollisesti?

Punniteltavat ennusteet

• Kenttä kasvaa nopeammin kuin virta, koska jokaisen kierroksen osuus yhdistyy.
• Kyllä – sisäkenttä on suoraan verrannollinen virtaan.
• Sisäkenttä ei riipu virrasta.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Kelavirta I (A)

Mitä mittaat:

• Sisäkenttä B (mT)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa solenoidikenttä-esiasetus ja paina Nollaa. Solenoidissa on 400 kierrosta 0.45 m:n pituudella.
2. Ota käyttöön sisäkentän voimakkuuden lukema.
3. Aseta kelavirta jokaiselle suoritukselle ja kirjaa sisäkentän voimakkuus.

Hallitseva yhtälö

Solenoidin sisäkenttä — B = μ₀(N/L)I

Pitkä, tiiviisti käämitty solenoidi tuottaa lähes tasaisen sisäkentän, jonka määräävät kierrostiheys ja virta: B = μ₀NI/L, jossa N on kierrosten kokonaismäärä ja L solenoidin pituus.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske B = μ₀NI/L arvoilla μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, N = 400, L = 0.45 m. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi sisäkenttä riippuu kierrosten määrästä pituusyksikköä kohden (N/L), ei kierroksista ja pituudesta erikseen – pidempi solenoidi verrannollisesti enemmällä kierroksilla antaa saman kentän.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Sähkömagneetti (kuten romuttamon nosturissa) on olennaisesti solenoidi, joka on kääritty rautasydämen ympärille, mikä voi moninkertaistaa kentän sadoilla tai tuhansilla (sydämen korkea permeabiliteetti). Selitä, miksi pelkkä ilmaydinsolenoidi, kuten tämä, tuottaa paljon heikomman kentän samalla virralla ja kierroksilla.
• Ideaalin solenoidin ulkopuolella magneettikenttä on lähellä nollaa, toisin kuin yksittäisen johtimen kenttä, joka laajenee ulospäin. Selitä monien yksittäisten kierrosten kenttien avulla, miksi kelan vastakkaisten puolten kentät kumoavat suurelta osin ulkopuolella mutta vahvistuvat sisällä.

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
• IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
• Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
• Middle School Physical Science — Fields without contact

1. Tervetuloa solenoidikenttään
2. Valitse solenoidi
3. Paina Toista
4. Kenttä solenoidin sisällä
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Magneettikentät virroista