Магнитное поле внутри соленоида
1 · Прогноз
Соленоид (плотно навитая катушка) несёт ток по своим виткам. При увеличении тока напряжённость поля внутри растёт прямо пропорционально?
- Поле растёт быстрее тока: вклад каждого витка накапливается.
- Да — внутреннее поле прямо пропорционально току.
- Внутреннее поле не зависит от тока.
2 · Подготовка
- Откройте пресет поля соленоида и нажмите «Сброс». Соленоид имеет 400 витков на длине 0.45 m.
- Включите показание внутренней напряжённости поля.
- Задайте ток катушки для каждой пробы и запишите внутреннюю напряжённость поля.
3 · Сбор данных
| Ток катушки I (A) | Внутреннее поле B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
Постройте напряжённость B (ось y) против тока I (ось x) для трёх проб. Линия прямая через начало координат?
4 · Анализ
- Для одной пробы вычислите B = μ₀NI/L, используя μ₀ = 4π×10⁻⁷ Гн/м; N = 400; L = 0.45 м. Сравните с таблицей.
- Объясните, почему внутреннее поле зависит от числа витков на единицу длины (N/L), а не от витков и длины по отдельности — более длинный соленоид с пропорционально большим числом витков даёт то же поле.
5 · Развитие
- Электромагнит (как на кране в пункте приёма металлолома) — по сути соленоид, навитый на железный сердечник, умножающий поле в сотни и тысячи раз (высокая магнитная проницаемость сердечника). Объясните, почему простой соленоид без сердечника, как здесь, даёт куда более слабое поле при тех же токе и витках.
- Снаружи идеального соленоида магнитное поле близко к нулю, в отличие от поля одиночного провода, расходящегося наружу. Используя поля отдельных витков, объясните, почему поля с противоположных сторон катушки в значительной мере гасятся снаружи, но усиливаются внутри.
Физика этого эксперимента
Поле внутри соленоида
Длинный, плотно намотанный соленоид создаёт внутри почти однородное магнитное поле, определяемое плотностью витков и током: B = μ₀NI/L, где N — полное число витков, L — длина соленоида.