Магнітне поле провідника зі струмом
1 · Прогноз
Прямий провідник несе сталий струм. Коли ви віддаляєте пробну точку від провідника, напруженість магнітного поля спадає так само, як поле електричного заряду?
- Так — це простий спад 1/r², як у точкового заряду.
- Поле не залежить від відстані до провідника.
- Ні — поле провідника зі струмом спадає інакше, ніж поле точкового заряду, бо струм — протяжне (лінійне) джерело, не точка.
2 · Установка
- Відкрийте пресет поля провідника та натисніть «Скинути». Провідник несе фіксований струм 8 A на відрізку 4.8 м.
- Увімкніть показ напруженості поля.
- Задайте перпендикулярну відстань від середини провідника для кожного заміру та запишіть напруженість поля.
3 · Збір даних
| Перпендикулярна відстань d (m) | Напруженість |B_z| (µT) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 2.00 |
Побудуйте |B_z| (вісь y) проти 1/d (вісь x) для трьох замірів. Це виглядає лінійніше, ніж проти 1/d²?
4 · Аналіз
- Для одного заміру обчисліть |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) з μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 м. Порівняйте з таблицею.
- Порівняйте форму цієї формули з формулою електричного поля в експерименті з лінійним зарядом. Поясніть, чому і скінчений заряджений стрижень, і скінчений провідник зі струмом дають поля з тим самим типом залежності від відстані — близько 1/d біля провідника, ближче до 1/d² вдалині.
5 · Поглиблення
- Для ідеалізованого нескінченного провідника поле спрощується до класичного B = μ₀I/(2πd) — чистого спаду 1/d. На якій відстані порівняно з довжиною 4.8 м ви очікували б, що формула скінченного провідника цього експерименту близько збігатиметься з наближенням нескінченного?
- Стрілка компаса біля провідника зі струмом відхиляється, щоб вирівнятися з його магнітним полем. Поясніть, використовуючи правило правої руки, чому поле кружляє навколо провідника, а не вказує радіально назовні, як електричне поле.
Фізика цього експерименту
Поле скінченного провідника зі струмом
Закон Біо–Савара, проінтегрований вздовж скінченного прямого провідника, дає магнітне поле, що кружляє навколо провідника і залежить і від перпендикулярної відстані, і від довжини провідника через ту саму інтерполюючу форму, що й скінчена лінія заряду.