ソレノイド内部の磁場

1 · 予測

密に巻いたコイルであるソレノイドに多くの巻数を通って電流が流れます。電流を増やすと内部磁場は正比例して増えるでしょうか？

• 各巻の寄与が重なるため、磁場は電流より速く増えます。
• はい。内部磁場は電流に正比例します。
• 内部磁場は電流に依存しません。

2 · 準備

1. solenoid-field プリセットを開いて Reset を押します。ソレノイドは長さ0.45 mに400巻あります。
2. 内部磁場強度読み出しを有効にします。
3. 各試行でコイル電流を設定し、内部磁場を記録します。

3 · データ収集

3回の試行について磁場強度 B（縦軸）を電流 I（横軸）に対してプロットします。原点を通る直線ですか？

4 · 分析

1. μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m、N = 400、L = 0.45 m を用いて B = μ₀NI/L を計算し、表と比較します。
2. 内部磁場が巻数と長さの別々の値でなく単位長さ当たり巻数（N/L）に依存する理由を説明します。比例して巻数が増えた長いソレノイドは同じ磁場になります。

5 · 発展

1. 電磁石は鉄心にソレノイドを巻いたもので、鉄心の高透磁率により磁場を数百〜数千倍にできます。同じ電流・巻数で空芯ソレノイドが弱い磁場しか作らない理由を説明します。
2. 理想ソレノイド外部の磁場はほぼ0で、外へ広がる単導線の磁場と異なります。コイルの対向側の各巻の磁場が外で打ち消し合い、内部で強め合う理由を説明します。

この実験の物理

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