Akımlardan Manyetik Alanlar
Hareket eden bir elektrik yükü etrafında bir manyetik alan oluşturur, bu yüzden akım taşıyan herhangi bir tel dairesel manyetik alan çizgileriyle çevrilidir. Bu teli bir bobin haline getirirsen, her bir sarımdan gelen alan çizgileri içeride toplanarak bobin boyunca güçlü, tek biçimli bir alan oluşturur. Daha fazla tel sarımı ekle ya da içinden daha fazla akım geçir, içerideki alan güçlenir.
Formül
B = μ₀ · N · I / L
- B — manyetik alan (T): bobinin içindeki manyetik alanın gücü
- μ₀ — boşluğun manyetik geçirgenliği (T·m/A): bir akımın ne kadar güçlü bir manyetik alan ürettiğini belirleyen sabit bir sabit
- N — sarım sayısı (turns): bobini oluşturan tel sarımlarının sayısı
- I — akım (A): telden her saniye ne kadar yükün aktığı
- L — uzunluk (m): sarımların üzerine sarıldığı bobinin uzunluğu
Çözümlenmiş Örnek
Bir bobin (solenoid), 0,5 metre uzunluğa sarılmış 500 tel sarımına sahip ve 2 amper akım taşıyor. İçindeki manyetik alan gücü nedir?
- N = 500 sarım
- 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
Kendini test et
Solenoid şimdi aynı akım ve uzunlukla 500 yerine 1000 sarıma sahip. İçindeki manyetik alana ne olur?
- Doğru cevap: 16π × 10⁻⁴ T'ye iki katına çıkar
- 4π × 10⁻⁴ T'ye yarıya iner
- 8π × 10⁻⁴ T'de aynı kalır
Doğru! B, N ile orantılıdır, yani sarımları iki katına çıkarmak alanı iki katına çıkarır: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Bobin olmadan, akım taşıyan tek bir düz tel etrafında, manyetik alan çizgileri nasıl bir şekil oluşturur?
- Bir bobinin içindeki gibi tek biçimli bir alan
- Tel boyunca uzanan düz çizgiler
- Doğru cevap: Teli saran daireler
Tam olarak doğru — akım taşıyan düz bir tel, sağ el kuralını izleyen dairesel manyetik alan halkalarıyla çevrilidir.
Nerede Görürsün
Hurda sahalarındaki bir vinç tel bobini sarkıtır, akımı açar ve bir arabayı kaldırır — akımı kapayınca araba düşer. Akım olmadan manyetizma yoktur, istendiğinde tam manyetizma vardır: kapı zilleri, MRI tarayıcıları ve hurdalık vinçleri hep aynı cihazdır — alanını bir anahtarla komut ettiğin bir solenoid.
Yaygın Hatalar
Birincisi alanın şekli: düz bir telin çevresinde alan çizgileri, telin etrafına sarılmış daireler oluşturur — düz çizgiler değil, tek biçimli bir alan da değil; güçlü ve tek biçimli alan yalnızca bir bobinin içinde ortaya çıkar. İkincisi ölçekleme: B = μ₀ · N · I / L, sarım sayısı ve akımla büyür; yani aynı akımda 500 sarımdan 1000 sarıma geçmek içerideki alanı tam olarak iki katına çıkarır. Alanı üreten akımdır — demir bir çekirdek onu yalnızca yoğunlaştırır.
Nasıl Bağlantılı
Bu, elektromanyetizma modülünün elektrikten manyetizmaya dönüş noktasıdır: Coulomb yasası ve kapasitans durgun yükler hakkındaydı; buradaysa hareket eden yük — yani akım — çevresinde bir alan meydana getirir. Sıradaki Lorentz kuvveti döngüyü kapatır: o alanlar, içlerinden geçen herhangi başka bir hareketli yüke geri itme uygular.