螺線管內的磁場
1·預測
螺線管（緊密纏繞的線圈）透過其許多匝數輸送電流。如果增加電流，內部場強是否成正比？
- 該場的成長速度比目前更快，因為每一輪的貢獻都會復合。
- 是的－內部磁場與電流成正比。
- 內部場不依賴電流。
2·設定
- 開啟 solenoid-field 預設並按下 Reset。電磁閥在 0.45 m 長度上轉動 400 圈。
- 啟用內部磁場強度讀數。
- 設定每次試驗的線圈電流並記錄內部場強。
3·收集數據
| 線圈電流I (A) | 內場B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
針對三次試驗，繪製磁場強度B（Y軸）相對電流I（x軸）的關係圖。直線是否通過原點？
4·分析
- 對於一項試驗，使用 μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m、N = 400、L = 0.45 m 計算 B = μ₀NI/L。與表比較。
- 解釋為什麼內部磁場取決於每單位長度 (N/L) 的匝數，而不是分別取決於匝數和長度 - 較長的螺線管按比例增加匝數會產生相同的磁場。
5·擴展
- 電磁鐵（例如廢料場起重機中的電磁鐵）本質上是纏繞在鐵芯上的螺線管，鐵芯的高磁導率能將磁場放大數百到數千倍。請解釋在相同電流和匝數下，像這樣簡單的空心螺線管為何產生的磁場要弱得多。
- 在理想的螺線管之外，磁場接近零，這與從其向外延伸的單根導線的磁場不同。使用許多單獨匝的磁場解釋為什麼線圈相對兩側的磁場在外部很大程度上抵消但在內部增強。
這個實驗背後的物理原理
電磁閥內部磁場
長而緊密纏繞的螺線管會產生幾乎均勻的內部磁場，該磁場由其匝數密度和電流決定：B = μ₀NI/L，其中 N 是匝數總數，L 是螺線管的長度。