Magnetisk felt af den strømførende spole

Hvis der eksisterer et elektrostatisk felt i rummet omkring stationære elektriske ladninger, så eksisterer der i rummet omkring bevægelige ladninger (såvel som omkring de tidsvarierende elektriske felter, der oprindeligt blev foreslået af Maxwell) magnetfelt… Dette er let at observere eksperimentelt.

Takket være magnetfeltet interagerer elektriske strømme med hinanden, såvel som permanente magneter og strømme med magneter. Sammenlignet med den elektriske interaktion er den magnetiske interaktion meget stærkere. Denne interaktion blev senere undersøgt af André-Marie Ampère.

I fysik er magnetfeltkarakteristikken magnetisk induktion B og jo større den er, jo stærkere er magnetfeltet. Den magnetiske induktion B er en vektorstørrelse, dens retning falder sammen med retningen af ​​kraften, der virker på nordpolen af ​​en konventionel magnetisk pil placeret på et tidspunkt i magnetfeltet - magnetfeltet vil orientere den magnetiske pil i retningen af ​​vektoren B , altså i retning af magnetfeltet .

Vektor B på et hvilket som helst punkt af den magnetiske induktionslinje er rettet mod den tangentielt. Det vil sige, at induktionen B karakteriserer magnetfeltets kraftpåvirkning på strømmen. En lignende rolle spiller kraften E for det elektriske felt, som kendetegner det elektriske felts stærke virkning på ladningen.

Det enkleste eksperiment med jernspåner giver dig mulighed for tydeligt at demonstrere fænomenet med virkningen af ​​et magnetfelt på en magnetiseret genstand, fordi i et konstant magnetfelt magnetiseres små stykker af en ferromagnet (sådanne stykker er jernspåner) langs feltet , magnetisk pile, som små kompaspile.

Hvis du tager en lodret kobbertråd og fører den gennem et hul i et vandret placeret ark papir (eller plexiglas eller krydsfiner) og derefter hælder metalspåner på pladen, ryster det lidt og fører derefter en jævnstrøm gennem ledningen, det er let at se, hvordan spånerne vil arrangere sig i form af en hvirvel i cirkler omkring ledningen, i et plan vinkelret på strømmen i den.

Disse cirkler af savsmuld vil simpelthen være en konventionel repræsentation af linjerne for magnetisk induktion B af magnetfeltet i en strømførende leder. Centret af cirklerne i dette eksperiment vil være placeret nøjagtigt i midten, langs aksen af ​​den strømførende ledning.

Retningen af ​​de magnetiske induktionsvektorer i en strømførende ledning er let at bestemme efter gimlet-reglen eller i henhold til højre skrueregel: med skrueaksens translationelle bevægelse i strømmens retning i ledningen, vil rotationsretningen for skruen eller kardanhåndtaget (skruning ind eller ud) angive retningen af magnetfelt omkring strømmen.

Hvorfor anvendes kardanreglen? Fordi rotorens arbejde (betegnes i feltteori ved henfald) brugt i to Maxwell-ligninger formelt kan skrives som et vektorprodukt (med operatoren nabla) og vigtigst af alt fordi rotoren i et vektorfelt kan sammenlignes med ( er en analogi) til vinkelhastigheden af ​​rotationen af ​​den ideelle væske (som forestillet sig af Maxwell selv), hvis strømningshastighedsfelt repræsenterer et givet vektorfelt, kan bruges til rotoren ved disse regelformuleringer, som er beskrevet for vinkelhastigheden.

Hvis du således drejer tommelfingeren i retning af vektorfelthvirvelen, vil den skrue i retning af rotorvektoren for det pågældende felt.

Som du kan se, i modsætning til linjerne med elektrostatisk feltintensitet, som er åbne i rummet, er linjerne af magnetisk induktion, der omgiver den elektriske strøm, lukkede. Hvis linjerne med elektrisk intensitet E begynder med positive ladninger og slutter med negative ladninger, så lukker linjerne af magnetisk induktion B simpelthen omkring den strøm, der genererer dem.

Lad os nu komplicere eksperimentet. Overvej i stedet for en lige ledning med strøm, en bøjning med strøm. Antag, at det er praktisk for os at placere en sådan sløjfe vinkelret på tegningens plan, med strømmen rettet mod os til venstre og til højre fra os. Hvis nu et kompas med en magnetisk nål er placeret inde i strømsløjfen, så vil den magnetiske nål angive retningen af ​​linjerne for magnetisk induktion - de vil blive rettet langs løkkens akse.

Hvorfor? Da de modsatte sider af spolens plan vil være analoge med polerne på den magnetiske nål.Hvor B-linjerne forlader er den nordlige magnetiske pol, hvor de går ind i sydpolen. Dette er let at forstå, hvis du først overvejer en strømførende ledning og dens magnetfelt, og derefter blot vikler ledningen til en ring.

For at bestemme retningen af ​​den magnetiske induktion af en sløjfe med en strøm, bruger de også kardanreglen eller højre skrueregel. Placer spidsen af ​​gimbalen i midten af ​​løkken, og drej den med uret. Den translationelle bevægelse af kardanen vil falde sammen i retning med den magnetiske induktionsvektor B i midten af ​​løkken.

Det er klart, at retningen af ​​strømmens magnetfelt er relateret til retningen af ​​strømmen i ledningen, det være sig en lige ledning eller en spole.

Det er generelt accepteret, at den side af den strømførende spole eller spole, hvor linjerne for magnetisk induktion B udgår (retningen af ​​vektor B er udad), er den nordlige magnetiske pol, og hvor linjerne kommer ind (vektor B er rettet indad) er magnetisk sydpol.

Hvis mange drejninger med strøm danner en lang spole - en solenoide (længden af ​​spolen er mange gange dens diameter), så er magnetfeltet inde i den ensartet, det vil sige, linjerne af magnetisk induktion B er parallelle med hinanden og har samme tæthed langs hele spolens længde. I øvrigt ligner magnetfeltet i en permanent magnet udvendigt magnetfeltet i en strømførende spole.

For en spole med strøm I, længde l, med antallet af omdrejninger N, vil den magnetiske induktion i et vakuum være numerisk lig med:

Så magnetfeltet inde i spolen med strømmen er ensartet og rettet fra sydpolen til nordpolen (inde i spolen!). Den magnetiske induktion inde i spolen er modulo proportional med antallet af ampere-omdrejninger pr. længdeenhed af den strømførende spole.