Magnetisch veld van een stroomvoerende draad
1 · Voorspel
Een rechte draad voert een constante stroom. Als je een proefpunt verder van de draad plaatst, valt de magnetische veldsterkte dan op dezelfde manier af als het veld van een elektrische lading?
- Ja — het is een simpel 1/r²-verval, net als bij een puntlading.
- Het veld hangt niet af van de afstand tot de draad.
- Nee — het veld van een stroomvoerende draad valt anders af dan dat van een puntlading, want stroom is een uitgestrekte (lijn)bron, geen punt.
2 · Opstelling
- Open de voorinstelling wire-field en druk op Herstel. De draad voert een vaste stroom van 8 A over een segment van 4.8 m.
- Zet de veldsterkte-aflezing aan.
- Stel voor elke meting de loodrechte afstand vanaf het middelpunt van de draad in en noteer de veldsterkte.
3 · Verzamel gegevens
| Loodrechte afstand d (m) | Veldsterkte |B_z| (µT) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Zet voor je drie metingen |B_z| (y-as) uit tegen 1/d (x-as). Lijkt dat meer op een rechte lijn dan uitzetten tegen 1/d²?
4 · Analyseer
- Reken voor één meting |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) uit met μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Vergelijk met de tabel.
- Vergelijk de vorm van deze formule met de elektrisch-veldformule van het experiment line-charge. Leg uit waarom zowel een eindige geladen staaf als een eindige stroomvoerende draad velden geven met hetzelfde soort afstandsafhankelijkheid — dicht bij 1/d vlak bij de draad, dichter bij 1/d² ver weg.
5 · Verdiep
- Voor een geïdealiseerde oneindige draad vereenvoudigt het veld tot het klassieke B = μ₀I/(2πd) — een zuiver 1/d-verval. Op welke afstand, vergeleken met de lengte van 4.8 m van deze draad, verwacht je dat de eindige-draadformule van dit experiment goed overeenkomt met die oneindige-draadbenadering?
- Een kompasnaald vlak bij een stroomvoerende draad slaat uit om zich richting het magnetisch veld van de draad te stellen. Leg met de rechthandregel uit waarom het veld in cirkels rond de draad loopt in plaats van radiaal naar buiten te wijzen zoals een elektrisch veld zou doen.
De natuurkunde achter dit experiment
Veld van een eindige stroomvoerende draad
De wet van Biot–Savart, geïntegreerd langs een eindige rechte draad, geeft een magnetisch veld dat in cirkels om de draad loopt en via dezelfde interpolerende vorm als bij een eindige geladen lijn van zowel de loodrechte afstand als de draadlengte afhangt.
Elektromagnetisme
- Wet van Coulomb: het veld rond een puntlading
- Elektrische dipool: twee tegengestelde ladingen superponeren
- Veld van een eindige geladen lijn
- Plaatcondensator: lading en energieopslag
- Een geïsoleerde geladen bol
- Een echte condensator passend bij een schakelingscomponent
- De Lorentzkracht: een bewegende lading in een magnetisch veld
- Magnetisch veld in een solenoid
- Wet van Faraday: EMF uit een veranderend veld
- Wet van Faraday: EMF uit een veranderend oppervlak
- Wet van Faraday: veld en oppervlak tegelijk veranderend
- RLC-impedantie versus aansturende frequentie: resonantie zoeken