Pola magnetyczne od prądów

Ruchomy ładunek elektryczny tworzy wokół siebie pole magnetyczne, więc każdy przewód z prądem jest otoczony okrężnymi liniami pola magnetycznego. Jeśli zegniesz ten przewód w cewkę, linie pola z każdej pętli sumują się wewnątrz w jedno silne, jednorodne pole biegnące wzdłuż cewki. Upakuj więcej zwojów albo przepchnij więcej prądu, a pole wewnątrz wzmocnie się.

Wzór

B = μ₀ · N · I / L

  • B — pole magnetyczne (T): natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewki
  • μ₀ — przenikalność próżni (T·m/A): stała wyznaczająca, jak silnie prąd wytwarza pole magnetyczne
  • N — liczba zwojów (turns): ile pętli drutu tworzy cewkę
  • I — prąd (A): ile ładunku przepływa przez drut każdej sekundy
  • L — długość (m): długość cewki, na której nawinięto zwoje

Przykład rozwiązany

Cewka (solenoid) ma 500 zwojów drutu nawiniętych na długości 0.5 metra, z prądem 2 amperów. Jakie jest natężenie pola magnetycznego wewnątrz?

  • N = 500 zwojów
  • I = 2 A
  • L = 0.5 m
  1. B = μ₀ · N · I / L
  2. B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m

B = 8π × 10⁻⁴ T

Sprawdź się

Solenoid ma teraz 1000 zwojów zamiast 500, przy tym samym prądzie i długości. Co dzieje się z polem magnetycznym wewnątrz?
  • Poprawna odpowiedź: Podwaja się do 16π × 10⁻⁴ T
  • Zostaje przepołowione do 4π × 10⁻⁴ T
  • Pozostaje takie samo, 8π × 10⁻⁴ T

Zgadza się! B jest proporcjonalne do N, więc podwojenie zwojów podwaja pole: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.

Wokół pojedynczego prostego przewodu z prądem, bez cewki, jaki kształt tworzą linie pola magnetycznego?
  • Pole jednorodne jak wewnątrz cewki
  • Proste linie biegnące wzdłuż przewodu
  • Poprawna odpowiedź: Okręgi owinięte wokół przewodu

Dokładnie — prosty przewód z prądem jest otoczony okrężnymi pętlami pola magnetycznego, zgodnie z regułą prawej dłoni.

Gdzie to widzisz

Dźwig na złomowisku opuszcza cewkę z drutu, włącza prąd i unosi samochód — wyłącz prąd, a samochód spada. Bez prądu nie ma magnetyzmu, pełny magnetyzm na żądanie: dzwonki do drzwi, skanery MRI i dźwigi na złomowiskach to jedno i to samo urządzenie — solenoid, którego polem sterujesz przełącznikiem.

Częste błędy

Po pierwsze, kształt pola: wokół prostego przewodu linie pola tworzą okręgi owinięte wokół przewodu — nie proste linie i nie pole jednorodne; silne pole jednorodne pojawia się dopiero wewnątrz cewki. Po drugie, skalowanie: B = μ₀ · N · I / L rośnie z liczbą zwojów i prądem, więc przejście z 500 na 1000 zwojów przy tym samym prądzie dokładnie podwaja pole wewnątrz. To prąd tworzy pole — żelazny rdzeń tylko je zagęszcza.

Jak się to łączy

To punkt zwrotny modułu elektromagnetyzmu, w którym elektryczność przechodzi w magnetyzm: prawo Coulomba i pojemność dotyczyły ładunków w spoczynku, a tu ruchomy ładunek — prąd — wzbudza wokół siebie pole. Siła Lorentza, następna lekcja, zamyka pętlę: te pola pchają z powrotem każdy inny ruchomy ładunek, który się przez nie zabłąka.

Wypróbuj interaktywną symulację

Powiązane koncepcje