Магнітне поле всередині соленоїда
1 · Прогноз
Соленоїд (щільно намотана котушка) несе струм через свої численні витки. Якщо збільшити струм, напруженість поля всередині масштабується прямо пропорційно?
- Поле зростає швидше за струм, бо внесок кожного витка накопичується.
- Так — внутрішнє поле прямо пропорційне струму.
- Внутрішнє поле не залежить від струму.
2 · Установка
- Відкрийте пресет поля соленоїда та натисніть «Скинути». Соленоїд має 400 витків на довжині 0.45 м.
- Увімкніть показ напруженості внутрішнього поля.
- Задайте струм котушки для кожного заміру та запишіть напруженість внутрішнього поля.
3 · Збір даних
| Струм котушки I (A) | Внутрішнє поле B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
Побудуйте графік напруженості B (вісь y) проти струму I (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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.
Фізика цього експерименту
Внутрішнє поле соленоїда
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.