Магнитное поле провода с током

1 · Прогноз

Прямой провод несёт постоянный ток. При удалении пробной точки от провода спадает ли напряжённость магнитного поля так же, как поле электрического заряда?

• Да — простой спад 1/r², как у точечного заряда.
• Поле не зависит от расстояния до провода.
• Нет — поле провода с током спадает иначе, чем поле точечного заряда: ток — протяжённый (линейный) источник, не точка.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет поля провода и нажмите «Сброс». Провод несёт фиксированный ток 8 A на отрезке 4.8 m.
2. Включите показание напряжённости поля.
3. Задайте перпендикулярное расстояние от середины провода для каждой пробы и запишите напряжённость поля.

3 · Сбор данных

Постройте |B_z| (ось y) против 1/d (ось x) для трёх проб. Выглядит ли это более линейным, чем график против 1/d²?

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)), используя μ₀ = 4π×10⁻⁷ Гн/м; I = 8 А; L_half = 2.4 м. Сравните с таблицей.
2. Сравните форму этой формулы с формулой электрического поля в эксперименте линейного заряда. Объясните, почему и конечный заряженный стержень, и конечный провод с током дают поля одного типа зависимости от расстояния — около 1/d вблизи провода и ближе к 1/d² вдали.

5 · Развитие

1. Для идеализированного бесконечного провода поле упрощается до классического B = μ₀I/(2πd) — чистый спад 1/d. На каком расстоянии по сравнению с 4.8-метровой длиной этого провода стоит ожидать, что формула конечного провода практически совпадёт с приближением бесконечного?
2. Магнитная стрелка возле провода с током отклоняется, выравниваясь с полем провода. По правилу правой руки объясните, почему поле окружает провод кольцами, а не направлено радиально наружу, как электрическое.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту