Elektromagnetyzm
Pole solenoidu
Dwa ładunki próbne: wewnątrz cewki F_B ≠ 0; na zewnątrz F_B = 0. Zaznacz każdy, by porównać.
Pole solenoidu — interaktywna symulacja: Elektromagnetyzm. Dwa ładunki próbne: wewnątrz cewki F_B ≠ 0; na zewnątrz F_B = 0. Zaznacz każdy, by porównać. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Pole solenoidu
Wewnątrz solenoidu B ≈ μ₀(N/L)I — jednorodne strzałki wzdłuż osi.
Solenoid o N zwojach na długości L i prądzie I wytwarza w przybliżeniu jednorodne B ≈ μ₀(N/L)I wzdłuż osi wewnątrz cewki. Linie pola biegną przez wnętrze i wracają pętlą na zewnątrz — jak magnes sztabkowy. Zwiększ I lub gęstość zwojów i patrz, jak strzałki B wewnątrz rosną.
- B ≈ μ₀NI/L
- Jednorodnie w środku
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Solenoid (ciasno nawinięta cewka) niesie prąd przez swoje liczne zwoje. Jeśli zwiększysz prąd, czy natężenie pola wewnątrz skaluje się wprost proporcjonalnie?
Prognozy do rozważenia
- Pole rośnie szybciej niż prąd, bo wkłady zwojów się kumulują.
- Tak — pole wewnątrz jest wprost proporcjonalne do prądu.
- Pole wewnątrz nie zależy od prądu.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Prąd cewki I (A)
Co mierzysz:
- Pole wewnętrzne B (mT)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset pola solenoidu i naciśnij Reset. Solenoid ma 400 zwojów na długości 0.45 m.
- Włącz odczyt natężenia pola wewnątrz.
- Ustaw prąd cewki dla każdej próby i zapisz natężenie pola wewnątrz.
Równanie rządzące
Pole wewnętrzne solenoidu — B = μ₀(N/L)I
Długi, ciasno nawinięty solenoid wytwarza wewnątrz niemal jednorodne pole magnetyczne ustalone przez gęstość zwojów i prąd: B = μ₀NI/L, gdzie N to całkowita liczba zwojów, a L długość solenoidu.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz B = μ₀NI/L, używając μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m; N = 400; L = 0.45 m. Porównaj z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego pole wewnętrzne zależy od liczby zwojów na jednostkę długości (N/L), a nie od zwojów i długości osobno — dłuższy solenoid z proporcjonalnie większą liczbą zwojów daje to samo pole.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Elektromagnes (jak w żurawiu złomowiskowym) to zasadniczo solenoid nawinięty na rdzeń żelazny, który może pomnożyć pole o setki lub tysiące razy (wysoka przenikalność rdzenia). Wyjaśnij, dlaczego zwykły solenoid ze rdzeniem powietrznym jak ten wytwarza dużo słabsze pole przy tym samym prądzie i zwojach.
- Na zewnątrz idealnego solenoidu pole magnetyczne jest bliskie zeru, w przeciwieństwie do pola pojedynczego przewodu, które rozciąga się na zewnątrz. Wyjaśnij, z pól wielu pojedynczych zwojów, dlaczego pola z przeciwnych stron cewki w dużej mierze znoszą się na zewnątrz, a wzmacniają wewnątrz.
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
- Middle School Physical Science — Fields without contact
- Witamy w polu solenoidu
- Zaznacz solenoid
- Naciśnij Play
- Pole wewnątrz solenoidu
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →