螺线管内的磁场
1·预测
螺线管（紧密缠绕的线圈）通过其许多匝输送电流。如果增加电流，内部场强是否成正比？
- 该场的增长速度比当前更快，因为每一轮的贡献都会复合。
- 是的——内部磁场与电流成正比。
- 内部场不依赖于电流。
2·设置
- 打开「螺线管内的磁场（solenoid-field）」预设并按重置。电磁阀在 0.45 m 长度上转动 400 圈。
- 启用内部磁场强度读数。
- 设置每次试验的线圈电流并记录内部场强。
3·收集数据
| 线圈电流I (A) | 内场B (mT) |
|---|---|
| 1.00 | |
| 2.00 | |
| 3.00 |
针对三次试验，绘制磁场强度B（y轴）相对电流I（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于一项试验，使用 μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m、N = 400、L = 0.45 m 计算 B = μ₀NI/L。与表比较。
- 解释为什么内部磁场取决于每单位长度 (N/L) 的匝数，而不是分别取决于匝数和长度 - 较长的螺线管按比例增加匝数会产生相同的磁场。
5·扩展
- 电磁铁（例如废料场起重机中的电磁铁）本质上是缠绕在铁芯上的螺线管，铁芯的高磁导率能将磁场放大数百到数千倍。请解释在相同电流和匝数下，像这样简单的空心螺线管为何产生的磁场要弱得多。
- 在理想的螺线管之外，磁场接近于零，这与从其向外延伸的单根导线的磁场不同。使用许多单独匝的磁场解释为什么线圈相对两侧的磁场在外部很大程度上抵消但在内部增强。
这个实验背后的物理原理
电磁阀内部磁场
长而紧密缠绕的螺线管会产生几乎均匀的内部磁场，该磁场由其匝数密度和电流决定：B = μ₀NI/L，其中 N 是匝数总数，L 是螺线管的长度。