Magnētiskie lauki no strāvām
Kustošs elektriskais lādiņš rada magnētisko lauku ap sevi, tāpēc jebkurš strāvu vadošs vads ir apņemts ar apļveida magnētiskā lauka līnijām. Ja tu saliec šo vadu spolē, lauka līnijas no katra vijuma saskaitās iekšpusē, radot vienu stipru, viendabīgu lauku, kas iet gar spoles garumu. Iepako vairāk vadu vijumu, vai stum vairāk strāvas cauri, un lauks iekšpusē kļūst stiprāks.
Formula
B = μ₀ · N · I / L
- B — magnētiskais lauks (T): magnētiskā lauka stiprums spoles iekšpusē
- μ₀ — vakuuma permeabilitāte (T·m/A): fiksēta konstante, kas nosaka, cik stipri strāva rada magnētisko lauku
- N — vijumu skaits (turns): cik daudz vadu cilpu veido spoli
- I — strāva (A): cik daudz lādiņa plūst cauri vadam katru sekundi
- L — garums (m): spoles garums, pāri kuram vijumi ir satīti
Izrēķināts piemērs
Spolei (solenoīdam) ir 500 vadu vijumi, satīti pāri 0.5 metru garumam, nesošai strāvu 2 amperi. Kāds ir magnētiskā lauka stiprums iekšpusē?
- N = 500 vijumi
- 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
Pārbaudi sevi
Solenoīdam tagad ir 1000 vijumi 500 vietā, ar to pašu strāvu un garumu. Kas notiek ar magnētisko lauku iekšpusē?
- Pareizā atbilde: Tas dubultojas uz 16π × 10⁻⁴ T
- Tas tiek halvēts uz 4π × 10⁻⁴ T
- Tas paliek tas pats 8π × 10⁻⁴ T
Pareizi! B ir proporcionāls N, tāpēc vijumu dubultošana dubulto lauku: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Ap vienu taisnu vadu, kas nes strāvu, bez spolešanas, kādu formu veido magnētiskā lauka līnijas?
- Viendabīgs lauks kā spoles iekšpusē
- Taisnas līnijas, ejot gar vadu
- Pareizā atbilde: Apļi, apvīti ap vadu
Tieši tā — taisns strāvu vadošs vads ir apņemts ar apļveida magnētiskā lauka cilpām, sekojot labās rokas likumam.
Kur tu to redzi
Skrūžu pagalmā celtnis nolaiž vadu spoli, ieslēdz strāvu, un paceļ automobili — izslēdz strāvu, un auto krīt. Nav magnētisma bez strāvas, pilns magnētisms pēc pieprasījuma: durvju zvani, MRI skeneri un lūžņu pagalmu celtņi ir visas tā pati ierīce — solenoīds, kura lauku tu komandē ar slēdzi.
Biežākās kļūdas
Pirmkārt, lauka forma: ap taisnu vadu lauka līnijas veido apļus, apvītus ap vadu — ne taisnas līnijas, ne viendabīgu lauku; tas stiprais viendabīgais lauks parādās tikai spoles iekšpusē. Otrkārt, skalēšana: B = μ₀ · N · I / L aug ar vijumiem un strāvu, tāpēc pāreja no 500 uz 1000 vijumiem pie tās pašas strāvas precīzi dubulto lauku iekšpusē. Strāva rada lauku — dzelzs serde tikai to koncentrē.
Kā tas savienojas
Šī ir elektromagnētisma moduļa pagrieziena punkts no elektrības uz magnētismu: Kulona likums un kapacitāte bija par lādiņiem mierā, un šeit kustošais lādiņš — strāva — uzjaūk lauku ap sevi. Lorenca spēks, tālāk, aizver cilpu: šie lauki grūž atpakaļ jebkuru citu kustošu lādiņu, kas ieklīst cauri.