Magnetfelt fra strømmer
En bevegelig elektrisk ladning skaper et magnetfelt rundt seg, så enhver strømførende ledning er omgitt av sirkulære magnetfeltlinjer. Hvis du bøyer den ledningen til en spole, adderer feltlinjene fra hver sløyfe seg innvendig til ett sterkt, jevnt felt som løper nedover spolens lengde. Pakk inn flere vindinger av ledning, eller press mer strøm gjennom den, og feltet innvendig blir sterkere.
Formelen
B = μ₀ · N · I / L
- B — magnetfelt (T): styrken av det magnetiske feltet inne i spolen
- μ₀ — permeabiliteten til vakuum (T·m/A): en fast konstant som setter hvor sterkt en strøm produserer et magnetfelt
- N — antall vindinger (turns): hvor mange sløyfer av ledning som utgjør spolen
- I — strøm (A): hvor mye ladning som flyter gjennom ledningen hvert sekund
- L — lengde (m): lengden av spolen som vindingene er viklet over
Utarbeidet eksempel
En spole (solenoide) har 500 vindinger av ledning viklet over en lengde på 0,5 meter, og bærer en strøm på 2 ampere. Hva er den magnetiske feltstyrken innvendig?
- N = 500 vindinger
- 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
Test deg selv
Solenoiden har nå 1000 vindinger i stedet for 500, med samme strøm og lengde. Hva skjer med det magnetiske feltet innvendig?
- Riktig svar: Det dobler seg til 16π × 10⁻⁴ T
- Det halveres til 4π × 10⁻⁴ T
- Det forblir det samme ved 8π × 10⁻⁴ T
Riktig! B er proporsjonal med N, så dobling av vindingene dobler feltet: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0,5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Rundt en enkelt rett ledning som bærer strøm, uten spole involvert, hvilken form gjør de magnetiske feltlinjene?
- Et jevnt felt som inne i en spole
- Rette linjer som løper langs ledningen
- Riktig svar: Sirkler viklet rundt ledningen
Nøyaktig — en rett strømførende ledning er omgitt av sirkulære magnetfeltløkker, etter høyrehåndsregelen.
Der du ser dette
En skrotplass-kran slipper en spole av ledning, slår på strømmen, og løfter en bil — slå av strømmen, og bilen faller. Ingen magnetisme uten strøm, full magnetisme på forespørsel: dørklokker, MRI-skannere og skrotplass-kraner er alle den samme enheten, en solenoide hvis felt du kommanderer med en bryter.
Vanlige feil
Først feltets form: rundt en rett ledning danner feltlinjene sirkler viklet rundt ledningen — ikke rette linjer, ikke et jevnt felt; det sterke jevne feltet viser seg bare inne i en spole. For det andre skaleringen: B = μ₀ · N · I / L vokser med vindinger og strøm, så å gå fra 500 til 1000 vindinger ved samme strøm dobler nøyaktig feltet innvendig. Strømmen lager feltet — en jernkjerne konsentrerer det bare.
Hvordan det henger sammen
Dette er elektromagnetisme-modulens vending fra elektrisitet til magnetisme: Coulombs lov og kapasitans handlet om ladninger i hvile, og her rører bevegelig ladning — strøm — opp et felt rundt seg. Lorentzkraften, neste, lukker sløyfen: de feltene skyver tilbake på enhver annen bevegelig ladning som vandrer gjennom.