Camp magnètic de la bobina portadora de corrent

Si existeix un camp electrostàtic a l'espai al voltant de les càrregues elèctriques estacionàries, aleshores a l'espai al voltant de les càrregues en moviment (així com al voltant dels camps elèctrics variables en el temps proposats originalment per Maxwell) existeix camp magnètic... Això és fàcil d'observar experimentalment.

Gràcies al camp magnètic, els corrents elèctrics interactuen entre si, així com els imants permanents i els corrents amb imants. En comparació amb la interacció elèctrica, la interacció magnètica és molt més forta. Aquesta interacció va ser estudiada en el seu moment per André-Marie Ampère.

En física, la característica del camp magnètic és inducció magnètica B i com més gran és, més fort és el camp magnètic. La inducció magnètica B és una magnitud vectorial, la seva direcció coincideix amb la direcció de la força que actua sobre el pol nord d'una fletxa magnètica convencional col·locada en algun punt del camp magnètic: el camp magnètic orientarà la fletxa magnètica en la direcció del vector. B , és a dir, en la direcció del camp magnètic .

El vector B en qualsevol punt de la línia d'inducció magnètica s'hi dirigeix ​​tangencialment. És a dir, la inducció B caracteritza l'efecte de la força del camp magnètic sobre el corrent. Un paper similar el juga la força E per al camp elèctric, que caracteritza la forta acció del camp elèctric sobre la càrrega.

L'experiment més senzill amb llimadures de ferro us permet demostrar clarament el fenomen de l'acció d'un camp magnètic sobre un objecte magnetitzat, perquè en un camp magnètic constant petites peces d'un ferroimant (aquestes peces són llimadures de ferro) estan magnetitzades al llarg del camp, magnètics. fletxes, com petites fletxes de brúixola.

Si agafeu un cable de coure vertical i el passeu per un forat en un full de paper col·locat horitzontalment (o plexiglàs o fusta contraxapada) i després aboqueu llimadures metàl·liques sobre el full, agiteu-lo una mica i, a continuació, feu passar un corrent continu a través del cable, és fàcil veure com s'organitzaran les llimades en forma de vòrtex en cercles al voltant del cable, en un pla perpendicular al corrent que hi ha.

Aquests cercles de serradures seran simplement una representació convencional de les línies d'inducció magnètica B del camp magnètic d'un conductor de corrent. El centre dels cercles d'aquest experiment estarà situat exactament al centre, al llarg de l'eix del cable que porta corrent.

La direcció dels vectors d'inducció magnètica en un cable que transporta corrent és fàcil de determinar per la regla del gimlet o d'acord amb la regla del cargol de la dreta: amb el moviment de translació de l'eix del cargol en la direcció del corrent al cable, la direcció de gir del cargol o del mànec del cardan (encastrant o fora) indicarà la direcció del cargol. camp magnètic al voltant del corrent.

Per què s'aplica la regla del gimbal? Com que el treball del rotor (indicat en la teoria de camps per desintegració) utilitzat en dues equacions de Maxwell es pot escriure formalment com a producte vectorial (amb l'operador nabla) i el més important perquè el rotor d'un camp vectorial es pot comparar amb ( és un analogia) amb la velocitat angular de rotació del fluid ideal (tal com l'imaginava el mateix Maxwell), el camp de velocitat de flux del qual representa un camp vectorial donat, es pot utilitzar per al rotor mitjançant aquestes formulacions de regles que es descriuen per a la velocitat angular.

Així, si gireu el polze en la direcció del vòrtex del camp vectorial, es cargolarà en la direcció del vector del rotor d'aquest camp.

Com podeu veure, a diferència de les línies d'intensitat de camp electrostàtic, que estan obertes a l'espai, les línies d'inducció magnètica que envolten el corrent elèctric estan tancades. Si les línies d'intensitat elèctrica E comencen amb càrregues positives i acaben amb càrregues negatives, aleshores les línies d'inducció magnètica B simplement es tanquen al voltant del corrent que les genera.

Ara compliquem l'experiment. Considereu en comptes d'un cable recte amb corrent, una corba amb corrent. Suposem que ens convé situar aquest bucle perpendicularment al pla del dibuix, amb el corrent dirigit cap a nosaltres a l'esquerra i a la dreta des de nosaltres. Si ara es col·loca una brúixola amb una agulla magnètica dins del bucle de corrent, aleshores l'agulla magnètica indicarà la direcció de les línies d'inducció magnètica: es dirigiran al llarg de l'eix del bucle.

Per què? Com que els costats oposats del pla de la bobina seran anàlegs als pols de l'agulla magnètica.D'on surten les línies B és el pol magnètic nord, on entren al pol sud. Això és fàcil d'entendre si primer teniu en compte un cable que transporta corrent i el seu camp magnètic, i després simplement enrotlleu el cable en un anell.

Per determinar la direcció de la inducció magnètica d'un bucle amb un corrent, també utilitzen la regla del gimbal o la regla del cargol de la dreta. Col·loqueu la punta del cardan al centre del bucle i gireu-lo en sentit horari. El moviment de translació del cardan coincidirà en direcció amb el vector d'inducció magnètica B al centre del bucle.

Òbviament, la direcció del camp magnètic del corrent està relacionada amb la direcció del corrent en el cable, ja sigui un cable recte o una bobina.

Generalment s'accepta que el costat de la bobina o bobina portadora de corrent on surten les línies d'inducció magnètica B (la direcció del vector B és cap a l'exterior) és el pol magnètic nord i on entren les línies (el vector B es dirigeix ​​cap a dins) és el pol magnètic sud.

Si moltes voltes amb corrent formen una bobina llarga: un solenoide (la longitud de la bobina és moltes vegades el seu diàmetre), aleshores el camp magnètic al seu interior és uniforme, és a dir, les línies d'inducció magnètica B són paral·leles entre elles i tenen la mateixa densitat al llarg de tota la longitud de la bobina. Per cert, el camp magnètic d'un imant permanent és externament similar al camp magnètic d'una bobina que porta corrent.

Per a una bobina amb corrent I, longitud l, amb el nombre de voltes N, la inducció magnètica en el buit serà numèricament igual a:

Per tant, el camp magnètic dins de la bobina amb el corrent és uniforme i dirigit des del pol sud fins al pol nord (dins de la bobina!). La inducció magnètica a l'interior de la bobina és mòdul proporcional al nombre d'amperes de volta per unitat de longitud de la bobina que transporta corrent.