แม่เหล็กไฟฟ้า
ลวดที่มีกระแสไหลผ่าน
ลูกศร B วนรอบลวด เพิ่มกระแส I แล้วอ่าน B เป็น mT
ลวดที่มีกระแสไหลผ่าน — การจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าแบบโต้ตอบ ลูกศร B วนรอบลวด เพิ่มกระแส I แล้วอ่าน B เป็น mT ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
สนามแม่เหล็กของลวด
ลูกศร B หมุนวนรอบลวด เพิ่มกระแส I แล้วอ่าน B เป็น mT
ลวดตรงยาวที่มีกระแส I ไหลผ่านสร้างเส้นสนาม B เป็นวงกลมรอบลวด (กฎของแอมแปร์: B ∝ I/r) กฎมือขวาให้ทิศทาง: นิ้วโป้งชี้ตาม I นิ้วอื่นๆ ม้วนตาม B สัญลักษณ์ ⊗/⊙ ทำเครื่องหมายสนามเข้า/ออกจากหน้ากระดาษ เพิ่ม I แล้วอ่าน B เป็น mT ที่ระยะคงที่ — เพิ่ม I เป็นสองเท่าทำให้ B เพิ่มเป็นสองเท่า
- B ∝ I/r
- กฎมือขวา
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ลวดตรงเลี่ยมพากระแสคงที่ เมื่อเลื่อนจุดทดสอบให้ไกลจากลวด ความเข้มสนามแม่เหล็กลดลงแบบเดียวกับสนามของประจุไฟฟ้าหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ใช่ — ลดแบบ 1/r² เรียบง่าย เหมือนประจุจุด
- สนามไม่ขึ้นกับระยะจากลวด
- ไม่ — สนามของลวดกระแสลดต่างจากประจุจุด เพราะกระแสเป็นแหล่งแบบแผ่ (เส้น) ไม่ใช่จุด
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ระยะตั้งฉาก d (m)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความแรงสนาม |B_z| (µT)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ wire-field แล้วกดรีเซ็ต ลวดพากระแสคงที่ 8 A ตลอดช่วง 4.8 m
- เปิดค่าแสดงความเข้มสนาม
- ตั้งระยะตั้งฉากจากจุดกึ่งกลางลวดในแต่ละรอบแล้วบันทึกความเข้มสนาม
สมการควบคุม
สนามของลวดกระแสจำกัด — B = μ₀I/(2πr)
กฎบิโอ–ซาวาร์ เมื่ออินทิเกรตตลอดลวดตรงจำกัด ให้สนามแม่เหล็กที่วนรอบลวดและขึ้นกับทั้งระยะตั้งฉากและความยาวลวดผ่านรูปแบบกึ่งกลางเดียวกับเส้นประจุจำกัด
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) โดยใช้ μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m เทียบกับตาราง
- เทียบรูปร่างสูตรนี้กับสูตรสนามไฟฟ้าของการทดลอง line-charge อธิบายว่าเหตุใจทั้งแท่งประจุจำกัดและลวดกระแสจำกัดจึงให้สนามที่ขึ้นกับระยะแบบเดียวกัน — ใกล้ลวดเข้าใกล้ 1/d ไกลออกไปเข้าใกล้ 1/d²
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- สำหรับลวดอุดมคติที่ยาวไม่สิ้นสุด สนามย่อเหลือ B = μ₀I/(2πd) แบบคลาสสิก ซึ่งลดตาม 1/d อย่างสะอาด ที่ระยะเท่าใดเมื่อเทียบกับความยาว 4.8 m ของลวดนี้ คุณคาดว่าสูตรลวดมีจำกัดของการทดลองนี้จะเข้าใกล้ค่าประมาณลวดไม่สิ้นสุดอย่างใกล้ชิด
- เข็มเข็มทิศที่วางใกล้ลวดกระแสจะเอียงไปเทียบสนามแม่เหล็กของลวด ใช้กฎมือขวาอธิบายว่าเหตุใจสนามจึงวนรอบลวด แทนที่จะชี้แนวรัศมีออกแบบสนามไฟฟ้า
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ สนามลวด
- เลือกลวด
- กดเล่น
- สนาม B รอบลวด
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ