솔레노이드 내부의 자기장
1 · 예측
솔레노이드(단단하게 감긴 코일)는 여러 번 감아 전류를 전달합니다. 전류를 높이면 내부 전계 강도가 정비례하여 확장됩니까?
- 그렇습니다. 각 감기의 기여가 더해지기 때문에 자기장은 전류보다 더 빠르게 커집니다.
- 그렇습니다. 내부 자기장은 전류에 정비례합니다.
- 내부 자기장은 전류에 의존하지 않습니다.
2 · 설정
- 솔레노이드는 0.45 m 길이에 걸쳐 400번 감겨 있습니다.
- 내부 자기장 세기 표시를 활성화하세요.
- 각 시행마다 코일 전류를 설정하고 내부 전계 강도를 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 코일 전류 I (A) | 내부 자기장 B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
세 번의 시행에 대해 자기장 세기 B(y축)를 전류 I(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?
4 · 분석
- 한 번의 시행에 대해 μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, N = 400, L = 0.45m를 사용하여 B = μ₀NI/L을 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
- 내부 자기장이 턴과 길이에 별도로 의존하지 않고 단위 길이당 턴 수(N/L)에 의존하는 이유를 설명하십시오. 비례적으로 더 많은 턴을 갖는 더 긴 솔레노이드가 동일한 자기장을 제공합니다.
5 · 확장
- 전자석(고철 처리장 크레인에 있는 것과 같은)은 본질적으로 철심을 감은 솔레노이드이며, 철심의 높은 투자율로 인해 자기장을 수백에서 수천 배로 증폭시킬 수 있습니다. 같은 전류와 감은 수에서, 이런 단순한 공심 솔레노이드가 왜 훨씬 약한 자기장을 만드는지 설명하세요.
- 이상적인 솔레노이드의 외부 자기장은 0에 가깝고, 단일 도선의 자기장처럼 밖으로 퍼지지 않습니다. 코일의 수많은 감기 각각이 만드는 자기장을 이용해, 코일 반대쪽에서 나오는 자기장이 바깥에서는 대부분 상쇄되고 안쪽에서는 강화되는 이유를 설명하세요.
이 실험의 물리학
솔레노이드 인테리어 분야
길고 촘촘하게 감긴 솔레노이드는 권선 밀도와 전류에 따라 설정된 거의 균일한 내부 자기장을 생성합니다. B = μ₀NI/L. 여기서 N은 총 권선 수이고 L은 솔레노이드의 길이입니다.