Електромагнетизм

Поле соленоїда

Два пробні заряди: всередині котушки F_B ≠ 0; зовні F_B = 0. Виберіть кожен, щоб порівняти.

Поле соленоїда — інтерактивне моделювання: Електромагнетизм. Два пробні заряди: всередині котушки F_B ≠ 0; зовні F_B = 0. Виберіть кожен, щоб порівняти. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Поле соленоїда

Всередині соленоїда B ≈ μ₀(N/L)I — однорідні стрілки вздовж осі.

Соленоїд з N витками на довжині L зі струмом I дає приблизно однорідне B ≈ μ₀(N/L)I вздовж осі всередині котушки. Лінії поля проходять крізь інтер'єр і закільцьовуються зовні — як у стрижневого магніту. Збільшуйте I чи густину витків і спостерігайте зростання стрілок B усередині в показах.

• B ≈ μ₀NI/L
• Всередині однорідне

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Соленоїд (щільно намотана котушка) несе струм через свої численні витки. Якщо збільшити струм, напруженість поля всередині масштабується прямо пропорційно?

Прогнози для зважування

• Поле зростає швидше за струм, бо внесок кожного витка накопичується.
• Так — внутрішнє поле прямо пропорційне струму.
• Внутрішнє поле не залежить від струму.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Струм котушки I (A)

Що ви вимірюєте:

• Внутрішнє поле B (mT)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет поля соленоїда та натисніть «Скинути». Соленоїд має 400 витків на довжині 0.45 м.
2. Увімкніть показ напруженості внутрішнього поля.
3. Задайте струм котушки для кожного заміру та запишіть напруженість внутрішнього поля.

Керівне рівняння

Внутрішнє поле соленоїда — B = μ₀(N/L)I

Довгий щільно намотаний соленоїд дає майже однорідне внутрішнє магнітне поле, задане густиною витків і струмом: B = μ₀NI/L, де N — загальна кількість витків, L — довжина соленоїда.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть B = μ₀NI/L з μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, N = 400, L = 0.45 м. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому внутрішнє поле залежить від кількості витків на одиницю довжини (N/L), а не від витків і довжини окремо — довший соленоїд з пропорційно більшою кількістю витків дає те саме поле.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Електромагніт (як у крані на звалищі) — це по суті соленоїд, обмотаний навколо залізного осердя, яке може помножити поле у сотні чи тисячі разів (висока магнітна проникність осердя). Поясніть, чому простий соленоїд з повітряним осердям, як цей, дає значно слабше поле за того самого струму та кількості витків.
• Поза ідеальним соленоїдом магнітне поле близьке до нуля, на відміну від поля одного провідника, що тягнеться назовні. Поясніть, використовуючи поля численних окремих витків, чому поля з протилежних боків котушки переважно компенсуються зовні, але підсилюються всередині.

• 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

1. Вітаємо в полі соленоїда
2. Виберіть соленоїд
3. Натисніть «Запустити»
4. Поле всередині соленоїда
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Магнітні поля струмів