สนามแม่เหล็กจากกระแสไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่สร้างสนามแม่เหล็กรอบตัว ลวดที่มีกระแสจึงถูกล้อมด้วยเส้นสนามแม่เหล็กรูปวงกลม ถ้าดัดลวดนั้นเป็นคอยล์ เส้นสนามจากทุกรอบรวมกันข้างในเป็นสนามเดียวแรงและสม่ำเสมอวิ่งตามยาวคอยล์ เพิ่มรอบลวดหรือดันกระแสมากขึ้น สนามข้างในก็แรงขึ้น

สูตร

B = μ₀ · N · I / L

B — สนามแม่เหล็ก (T): ความเข้มของสนามแม่เหล็กภายในคอยล์
μ₀ — ค่าซึมซาบแม่เหล็กของสุญญากาศ (T·m/A): ค่าคงที่กำหนดว่ากระแสสร้างสนามแม่เหล็กได้แรงเพียงใด
N — จำนวนรอบ (turns): คอยล์ประกอบด้วยลวดกี่รอบ
I — กระแส (A): ประจุไหลผ่านลวดกี่หน่วยต่อวินาที
L — ความยาว (m): ความยาวของคอยล์ที่รอบพันอยู่

ตัวอย่างที่แก้ไข

คอยล์ (โซเลนอยด์) มี 500 รอบพันตลอดความยาว 0.5 เมตร พากระแส 2 แอมแปร์ ความเข้มสนามแม่เหล็กข้างในเป็นเท่าใด

N = 500 รอบ
I = 2 A
L = 0.5 m

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

B = 8π × 10⁻⁴ T

ทดสอบความเข้าใจของคุณ

โซเลนอยด์มี 1000 รอบแทนที่ 500 ด้วยกระแสและความยาวเดิม สนามแม่เหล็กข้างในเป็นอย่างไร

คำตอบที่ถูกต้อง: เพิ่มเป็นสองเท่าเป็น 16π × 10⁻⁴ T
ลดครึ่งหนึ่งเป็น 4π × 10⁻⁴ T
คงเดิมที่ 8π × 10⁻⁴ T

ถูกต้อง! B เป็นสัดส่วนกับ N ดังนั้นการเพิ่มรอบเป็นสองเท่าทำให้สนามเพิ่มเป็นสองเท่า: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T

รอบลวดตรงเส้นเดียวที่มีกระแสไหล โดยไม่มีคอยล์ เส้นสนามแม่เหล็กมีรูปร่างอะไร

สนามสม่ำเสมอแบบในคอยล์
เส้นตรงวิ่งตามยาวลวด
คำตอบที่ถูกต้อง: วงกลมพันรอบลวด

แม่นเลย — ลวดตรงที่มีกระแสถูกล้อมด้วยเส้นสนามแม่เหล็กรูปวงกลมตามกฎมือขวา

พบเห็นได้ที่ไหน

เครนในลานขยะเหล็กหย่อนคอยล์ลวดลงไป เปิดกระแสไฟฟ้า แล้วยกรถยนต์ขึ้นมาได้ — ปิดกระแสแล้วรถก็ร่วงลง ไม่มีกระแสก็ไม่มีแม่เหล็ก แต่พอต้องการก็มีแม่เหล็กเต็มรูปแบบได้ทันที: กระดิ่งประตู เครื่อง MRI และเครนลานขยะเหล็ก ล้วนเป็นอุปกรณ์เดียวกัน คือโซเลนอยด์ที่คุณสั่งสนามของมันได้ด้วยสวิตช์

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

หนึ่ง รูปร่างของสนาม: รอบลวดตรง เส้นสนามแม่เหล็กเรียงตัวเป็นวงกลมพันรอบลวด — ไม่ใช่เส้นตรง และไม่ใช่สนามสม่ำเสมอ; สนามแรงสม่ำเสมอจะปรากฏเฉพาะภายในคอยล์เท่านั้น สอง กฎการสเกล: B = μ₀ · N · I / L โตตามจำนวนรอบและกระแส ดังนั้นการเพิ่มจาก 500 เป็น 1000 รอบที่กระแสเดิมจะเพิ่มสนามภายในเป็นสองเท่าพอดี กระแสต่างหากที่สร้างสนาม — แกนเหล็กเพียงรวมสนามให้เข้มข้นขึ้น

เชื่อมโยงอย่างไร

นี่คือบานพับที่โมดูลแม่เหล็กไฟฟ้าหมุนจากไฟฟ้าไปสู่แม่เหล็ก: กฎของคูลอมบ์และความจุไฟฟ้าเป็นเรื่องของประจุที่อยู่นิ่ง แต่ตรงนี้ประจุที่เคลื่อนที่ — กระแสไฟฟ้า — ก่อให้เกิดสนามขึ้นรอบตัวมันเอง แรงลอเรนซ์ในบทถัดไปจะปิดวงจรให้ครบ: สนามเหล่านั้นผลักกลับประจุเคลื่อนที่ตัวอื่นที่เผลอเดินทางผ่านเข้ามา