Magnetska polja iz struja
Gibajući električni naboj stvara magnetsko polje oko sebe, pa je svaka žica kojom teče struja okružena kružnim linijama magnetskog polja. Ako saviješ tu žicu u zavojnicu, linije polja iz svake petlje zbrajaju se unutra u jedno jako, homogeno polje koje teče duž duljine zavojnice. Ubaci više zavoja žice ili potjera više struje, i polje unutra postaje jače.
Formula
B = μ₀ · N · I / L
- B — magnetsko polje (T): jakost magnetskog polja unutar zavojnice
- μ₀ — permeabilnost vakuuma (T·m/A): fiksna konstanta koja postavlja koliko jako struja proizvodi magnetsko polje
- N — broj zavoja (turns): koliko petlji žice čini zavojnicu
- I — struja (A): koliko naboja teče kroz žicu svake sekunde
- L — duljina (m): duljina zavojnice preko koje su namotani zavoji
Riješeni primjer
Zavojnica (solenoid) ima 500 zavoja žice namotanih preko duljine od 0.5 metara, noseći struju od 2 ampera. Koja je jakost magnetskog polja unutra?
- N = 500 zavoja
- 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
Testiraj se
Solenoid sada ima 1000 zavoja umjesto 500, s istom strujom i duljinom. Što se događa s magnetskim poljem unutra?
- Točan odgovor: Udvostručuje se na 16π × 10⁻⁴ T
- Prepolovljuje se na 4π × 10⁻⁴ T
- Ostaje isto na 8π × 10⁻⁴ T
Točno! B je razmjeran N, pa udvostručenje zavoja udvostručuje polje: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Oko jedne ravne žice koja nosi struju, bez zavojnice, kakav oblik prave linije magnetskog polja?
- Homogeno polje kao unutar zavojnice
- Ravne linije duž žice
- Točan odgovor: Kružnice omotane oko žice
Upravo tako — ravnu žicu sa strujom okružuju kružne petlje magnetskog polja, po pravilu desne ruke.
Gdje ovo vidiš
Dizalica otpada spusti zavojnicu žice, uključi struju i podigne auto — isključi struju i auto pada. Nema magnetizma bez struje, pun magnetizam na zahtjev: zvonca, MRI skeneri i dizalice otpada svi su isti uređaj, solenoid čije polje zapovijedaš prekidačem.
Česte greške
Prvo, oblik polja: oko ravne žice linije polja čine kružnice omotane oko žice — ne ravne linije, ne homogeno polje; jako homogeno polje pojavljuje se samo unutar zavojnice. Drugo, skaliranje: B = μ₀ · N · I / L raste s zavojima i strujom, pa prelazak sa 500 na 1000 zavoja pri istoj struji točno udvostručuje polje unutra. Struja stvara polje — željezna jezgra ga samo koncentrira.
Kako se povezuje
Ovo je pivot modula elektromagnetizma iz elektriciteta u magnetizam: Coulombov zakon i kapacitet bili su o nabojima u mirovanju, a ovdje gibajući naboj — struja — miješa polje oko sebe. Lorentzova sila, sljedeće, zatvara petlju: ta polja guraju natrag svaki drugi gibajući naboj koji zaluta.