Medan Magnet daripada Arus
Cas elektrik yang bergerak mencipta satu medan magnet di sekelilingnya, jadi sebarang wayar pembawa arus dikelilingi garis medan magnet membulat. Jika anda membengkokkan wayar itu menjadi satu gegelung, garis medan daripada setiap gelung bertambah di dalam untuk membuat satu medan kuat dan seragam berjalan sepanjang panjang gegelung. Pakatkan lebih banyak lilitan wayar, atau tolak lebih banyak arus melaluinya, dan medan di dalam menjadi lebih kuat.
Formula
B = μ₀ · N · I / L
- B — medan magnet (T): kekuatan medan magnet di dalam gegelung
- μ₀ — kepermeabilitan ruang vakum (T·m/A): satu pemalar tetap yang menetapkan betapa kuat arus menghasilkan medan magnet
- N — bilangan lilitan (turns): berapa banyak gelung wayar membentuk gegelung
- I — arus (A): berapa banyak cas mengalir melalui wayar setiap saat
- L — panjang (m): panjang gegelung yang lilitannya dililit di atasnya
Contoh penyelesaian
Satu gegelung (solenoit) mempunyai 500 lilitan wayar dililit sepanjang 0.5 meter, membawa arus 2 ampere. Berapakah kekuatan medan magnet di dalam?
- N = 500 lilitan
- 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
Uji diri anda
Solenoit itu kini mempunyai 1000 lilitan dan bukannya 500, dengan arus dan panjang yang sama. Apa yang berlaku pada medan magnet di dalam?
- Jawapan betul: Ia berganda kepada 16π × 10⁻⁴ T
- Ia dipotong separuh kepada 4π × 10⁻⁴ T
- Ia kekal sama pada 8π × 10⁻⁴ T
Betul! B berkadar dengan N, jadi menggandakan lilitan menggandakan medan: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Sekitar satu wayar lurus tunggal membawa arus, tanpa sebarang gegelung, apakah bentuk garis medan magnet itu?
- Medan seragam seperti di dalam gegelung
- Garis lurus berjalan sepanjang wayar
- Jawapan betul: Bulatan melilit wayar itu
Tepat -- satu wayar lurus pembawa arus dikelilingi gelung medan magnet membulat, mengikut peraturan tangan-kanan.
Di mana anda melihat ini
Kren taman sekerap menjatuhkan satu gegelung wayar, menghidupkan arus, dan mengangkat satu kereta -- matikan arus dan kereta jatuh. Tiada kemagnetan tanpa arus, kemagnetan penuh atas permintaan: loceng pintu, pengimbas MRI, dan kren sekerap ialah peranti yang sama, satu solenoit yang medannya anda perintah dengan satu suis.
Kesilapan biasa
Pertama, bentuk medan: di sekitar wayar lurus garis medan membentuk bulatan melilit wayar -- bukan garis lurus, bukan medan seragam; medan seragam kuat hanya muncul di dalam gegelung. Kedua, penskalaan: B = μ₀ · N · I / L membesar dengan lilitan dan arus, jadi berpindah daripada 500 ke 1000 lilitan pada arus sama tepat menggandakan medan di dalam. Arus membuat medan -- teras besi hanya memekatkannya.
Bagaimana ia bersambung
Inilah engkol modul elektromagnetisme daripada elektrik kepada kemagnetan: hukum Coulomb dan kemuatan adalah tentang cas ketika rehat, dan di sini cas bergerak -- arus -- mengacau satu medan di sekelilingnya. Daya Lorentz, seterusnya, menutup gelung: medan-medan itu menolak balik sebarang cas bergerak lain yang melintas.