Medan magnet gegelung pembawa arus

Jika medan elektrostatik wujud dalam ruang sekitar cas elektrik pegun, maka dalam ruang sekitar cas bergerak (serta sekitar medan elektrik yang berubah-ubah masa yang asalnya dicadangkan oleh Maxwell) wujud medan magnet… Ini mudah untuk diperhatikan secara eksperimen.

Terima kasih kepada medan magnet, arus elektrik berinteraksi antara satu sama lain, serta magnet kekal dan arus dengan magnet. Berbanding dengan interaksi elektrik, interaksi magnet adalah lebih kuat. Interaksi ini telah dikaji oleh André-Marie Ampère.

Dalam fizik, ciri medan magnet ialah aruhan magnet B dan semakin besar ia, semakin kuat medan magnet. Aruhan magnetik B ialah kuantiti vektor, arahnya bertepatan dengan arah daya yang bertindak pada kutub utara anak panah magnet konvensional yang diletakkan pada satu titik dalam medan magnet — medan magnet akan mengarahkan anak panah magnet ke arah vektor B , iaitu, dalam arah medan magnet .

Vektor B pada mana-mana titik garis aruhan magnet diarahkan kepadanya secara tangen. Iaitu, aruhan B mencirikan kesan daya medan magnet pada arus. Peranan yang sama dimainkan oleh daya E untuk medan elektrik, yang mencirikan tindakan kuat medan elektrik pada cas.

Percubaan paling mudah dengan pemfailan besi membolehkan anda menunjukkan dengan jelas fenomena tindakan medan magnet pada objek bermagnet, kerana dalam medan magnet malar kepingan kecil ferromagnet (kepingan tersebut adalah pemfailan besi) dimagnetkan di sepanjang medan , magnet. anak panah, seperti anak panah kecil kompas.

Jika anda mengambil dawai tembaga menegak dan menjalankannya melalui lubang pada helaian kertas yang diletakkan mendatar (atau Plexiglas atau papan lapis) dan kemudian tuangkan pemfailan logam ke atas helaian, goncangkannya sedikit, dan kemudian jalankan arus terus melalui wayar, adalah mudah untuk melihat bagaimana pemfailan akan menyusun diri mereka dalam bentuk pusaran dalam bulatan di sekeliling wayar, dalam satah berserenjang dengan arus di dalamnya.

Bulatan habuk papan ini hanya akan menjadi perwakilan konvensional garis aruhan magnet B medan magnet konduktor pembawa arus. Pusat bulatan dalam eksperimen ini akan terletak betul-betul di tengah, sepanjang paksi wayar pembawa arus.

Arah vektor aruhan magnet dalam wayar pembawa arus mudah ditentukan dengan peraturan gimlet atau mengikut peraturan skru sebelah kanan: dengan pergerakan translasi paksi skru ke arah arus dalam wayar, arah putaran skru atau pemegang gimbal (skru masuk atau keluar) akan menunjukkan arah medan magnet di sekeliling arus.

Mengapakah peraturan gimbal digunakan? Kerana kerja pemutar (ditandakan dalam teori medan dengan pereputan) yang digunakan dalam dua persamaan Maxwell boleh ditulis secara formal sebagai produk vektor (dengan operator nabla) dan yang paling penting kerana pemutar medan vektor boleh disamakan dengan ( ialah analogi) kepada halaju sudut putaran bendalir ideal (seperti yang dibayangkan oleh Maxwell sendiri), yang medan halaju alirannya mewakili medan vektor tertentu, boleh digunakan untuk pemutar oleh rumusan peraturan ini yang diterangkan untuk halaju sudut .

Oleh itu, jika anda memusingkan ibu jari ke arah pusaran medan vektor, ia akan mengacau ke arah vektor pemutar medan itu.

Seperti yang anda lihat, tidak seperti garis intensiti medan elektrostatik, yang terbuka di angkasa, garis aruhan magnet yang mengelilingi arus elektrik ditutup. Jika garisan keamatan elektrik E bermula dengan cas positif dan berakhir dengan cas negatif, maka garis aruhan magnet B hanya menutup di sekeliling arus yang menjananya.

Sekarang mari kita rumitkan eksperimen. Pertimbangkan bukannya wayar lurus dengan arus, selekoh dengan arus. Katakan adalah mudah bagi kita untuk meletakkan gelung sedemikian berserenjang dengan satah lukisan, dengan arus diarahkan ke arah kita di sebelah kiri, dan di sebelah kanan dari kita. Jika kini kompas dengan jarum magnet diletakkan di dalam gelung semasa, maka jarum magnet akan menunjukkan arah garis aruhan magnet - ia akan diarahkan sepanjang paksi gelung.

kenapa? Oleh kerana sisi bertentangan satah gegelung akan serupa dengan kutub jarum magnet.Di mana garis B pergi adalah kutub magnet utara, di mana mereka memasuki kutub selatan. Ini mudah difahami jika anda mula-mula mempertimbangkan wayar pembawa arus dan medan magnetnya, dan kemudian hanya putar wayar ke dalam gelang.

Untuk menentukan arah aruhan magnet gelung dengan arus, mereka juga menggunakan peraturan gimbal atau peraturan skru sebelah kanan. Letakkan hujung gimbal di tengah gelung dan putarkannya mengikut arah jam. Pergerakan translasi gimbal akan bertepatan dengan arah dengan vektor aruhan magnet B di tengah gelung.

Jelas sekali, arah medan magnet arus adalah berkaitan dengan arah arus dalam wayar, sama ada wayar lurus atau gegelung.

Secara amnya diterima bahawa sisi gegelung atau gegelung pembawa arus di mana garisan keluaran aruhan magnet B (arah vektor B adalah ke luar) ialah kutub magnet utara dan tempat garisan masuk (vektor B diarahkan ke dalam) ialah kutub magnet selatan.

Jika banyak lilitan dengan arus membentuk gegelung panjang - solenoid (panjang gegelung adalah berkali ganda diameternya), maka medan magnet di dalamnya adalah seragam, iaitu garis aruhan magnetik B adalah selari antara satu sama lain dan mempunyai ketumpatan yang sama sepanjang keseluruhan panjang gegelung. Secara kebetulan, medan magnet magnet kekal secara luaran adalah serupa dengan medan magnet gegelung pembawa arus.

Untuk gegelung dengan arus I, panjang l, dengan bilangan lilitan N, aruhan magnet dalam vakum akan secara berangka sama dengan:

Jadi, medan magnet di dalam gegelung dengan arus adalah seragam dan diarahkan dari kutub selatan ke kutub utara (di dalam gegelung!). Aruhan magnet di dalam gegelung adalah modulo berkadar dengan bilangan lilitan ampere per unit panjang gegelung pembawa arus.