Magnetiniai laukai iš srovių
Judantis elektrinis krūvis sukuria aplink save magnetinį lauką, tad bet kuris laidą su srove yra apsuptas apskritiminių magnetinio lauko linijų. Jei sulenksi tą laidą į ritę, kiekvieno vijos lauko linijos sudedasi viduje į vieną stiprų, vienodą lauką, einantį žemyn ritės ilgiu. Įpakuok daugiau vijų arba stumk daugiau srovės, ir laukas viduje stiprėja.
Formulė
B = μ₀ · N · I / L
- B — magnetinis laukas (T): magnetinio lauko stipris ritės viduje
- μ₀ — vakuumo magnetinė skvarba (T·m/A): fiksuota konstanta, nustatanti, kaip stipriai srovė gamina magnetinį lauką
- N — vijų skaičius (turns): kiek laido kilpų sudaro ritę
- I — srovė (A): kiek krūvio teka per laidą kiekvieną sekundę
- L — ilgis (m): ritės ilgis, per kurį vijos apvyniotos
Išnagrinėtas pavyzdys
Ritė (solenoidas) turi 500 vijų laido, apvyniotų per 0,5 metro ilgį, nešanti 2 amperų srovę. Koks magnetinio lauko stipris viduje?
- N = 500 vijų
- 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
Pasitikrink
Solenoidas dabar turi 1000 vijų vietoj 500, su ta pačia srove ir ilgiu. Kas atsitinka magnetiniam laukui viduje?
- Teisingas atsakymas: Jis pasidvigubina iki 16π × 10⁻⁴ T
- Jis perpus sumažėja iki 4π × 10⁻⁴ T
- Jis lieka toks pat 8π × 10⁻⁴ T
Teisingai! B proporcingas N, tad vijų padvigubinimas padvigubina lauką: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Aplink vieną tiesų laidą, nešantį srovę, be jokios ritės, kokios formos yra magnetinio lauko linijos?
- Vienodas laukas, kaip ritės viduje
- Tiesios linijos, einančios išilgai laido
- Teisingas atsakymas: Apskritimai, apsiviję aplink laidą
Būtent — tiesus laidą su srove supa apskritiminės magnetinio lauko kilpos, pagal dešiniosios rankos taisyklę.
Kur tai matai
Laužytuvo kranas nuleidžia laido ritę, įjungia srovę ir pakelia automobilį — išjung srovę, ir automobilis krenta. Jokio magnetizmo be srovės, pilnas magnetizmas pagal pareikalavimą: durų skambučiai, MRT skaitytuvai ir metalo laužytuvo kranai yra tas pats įtaisas — solenoidas, kurio lauką valdai jungikliu.
Dažnos klaidos
Pirma, lauko forma: aplink tiesų laidą lauko linijos sudaro apskritimus, apsivijusius laidą — ne tiesias linijas, ne vienodą lauką; stiprusis vienodasis laukas pasirodo tik ritės viduje. Antra, mastelis: B = μ₀ · N · I / L auga su vijomis ir srove, tad einant nuo 500 iki 1000 vijų su ta pačia srove tiksliai padvigubina lauką viduje. Srovė daro lauką — geležinis branduolys tik jį koncentruoja.
Kaip tai siejasi
Tai elektromagnetizmo modulio lūžis iš elektros į magnetizmą: Kulono dėsnis ir talpa buvo apie krūvius ramybėje, o čia judantis krūvis — srovė — sukelia lauką aplink save. Lorento jėga, toliau, uždaro ratą: tie laukai atstumia atgal bet kurį kitą judantį krūvį, kuris per juos paklydo.