Champ magnétique d'un fil porteur de courant
1 · Prédire
Un fil droit transporte un courant constant. À mesure que vous éloignez un point de test du fil, l'intensité du champ magnétique diminue-t-elle de la même manière que le champ d'une charge électrique ?
- Oui, il s'agit d'une simple diminution de 1/r², identique à une charge ponctuelle.
- Le champ ne dépend pas de la distance au fil.
- Non - le champ d'un fil porteur de courant diminue différemment de celui d'une charge ponctuelle, car le courant est une source (ligne) étendue, pas un point.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage du champ filaire et appuyez sur Réinitialiser. Le fil transporte un courant fixe de 8 A sur un segment 4.8 m.
- Activez la lecture de l’intensité du champ.
- Réglez la distance perpendiculaire à partir du milieu du fil pour chaque essai et enregistrez l'intensité du champ.
3 · Collecter les Données
| Distance perpendiculaire d (m) | Intensité du champ |B_z| (µT) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Terrain |B_z| (axe y) par rapport à 1/d (axe x) pour vos trois essais. Cela semble-t-il plus linéaire que de tracer par rapport à 1/d² ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) en utilisant μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Comparez avec le tableau.
- Comparez la forme de cette formule à la formule du champ électrique de l'expérience de charge de ligne. Expliquez pourquoi une tige chargée finie et un fil porteur de courant fini produisent des champs avec le même type de dépendance à la distance — proche de 1/d près du fil, plus proche de 1/d² loin.
5 · Approfondir
- Pour un fil infini idéalisé, le champ se simplifie au classique B = μ₀I/(2πd) — une atténuation nette de 1/d. À quelle distance par rapport à la longueur 4.8 m de ce fil vous attendriez-vous à ce que la formule de fil fini de cette expérience corresponde étroitement à cette approximation de fil infini ?
- Une aiguille de boussole placée près d'un fil porteur de courant dévie pour s'aligner avec le champ magnétique du fil. Expliquez, en utilisant la règle de droite, pourquoi le champ tourne autour du fil plutôt que de pointer radialement vers l'extérieur comme le ferait un champ électrique.
La physique derrière cette expérience
Champ d'un fil porteur de courant fini
La loi de Biot-Savart, intégrée le long d'un fil droit fini, donne un champ magnétique qui entoure le fil et dépend à la fois de la distance perpendiculaire et de la longueur du fil à travers la même forme d'interpolation qu'une ligne de charge finie.