كيفية البحث عن المجال المغناطيسي للملف اللولبي: الاتجاه ، الداخل ، الخارج ، المركز ، عدة حقائق


في هذه المقالة ، سنناقش كيفية العثور عليها المجال المغنطيسي الملف اللولبي ، واتجاه المجال المغناطيسي ، والحقل المغناطيسي المنتج داخل وحول الملف اللولبي.

يوفر الملف اللولبي يستخدم لإنتاج منطقة مجال مغناطيسي موحدة والتي هي نتاج للتيار من خلال السلك الذي يلف الملف اللولبي ، وعدد لفات الملف لكل وحدة طول الملف اللولبي ، والنفاذية.

صيغة المجال المغناطيسي الملف اللولبي

المجال المغناطيسي الناتج داخل الملف اللولبي هو استجابة للتيار المار عبر السلك الذي يلف الملف اللولبي. كلما زاد عدد لفات السلك ، سيكون المجال المغناطيسي الناتج أقوى. لذلك، المجال المغناطيسي للملف اللولبي يتناسب طرديا مع التيار وعدد لفات الملف وتعطى بواسطة المعادلة

ب = μ0NI / لتر

أين μ0 هو نفاذية الفضاء الحر

N هو عدد لفات الملف اللولبي

أنا تيار عبر السلك

L هو طول الملف اللولبي

كلما زاد طول الملف اللولبي ، انخفض المجال المغناطيسي المنتج داخل الملف اللولبي بينما إذا كان طول الملف اللولبي قصيرًا ، فإن شدة المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي ستكون الارتفاع.

الملف اللولبي اشتقاق المجال المغناطيسي

فكر في ملف لولبي طويل بطول "L". نظرًا لأننا نتحدث عن الملف اللولبي الطويل ، فهذا يعني أن طول الملف اللولبي كبير مقارنة بنصف قطره 'r'. هذا هو L >> r

كيفية العثور على المجال المغناطيسي للملف اللولبي
ملف لولبي يحمل تيارًا

لنفترض أن 'N' هو عدد دورات السلك في شكل حلقة دائرية حلزونية تباعد عن كثب مع كل دورة لاحقة حول الملف اللولبي. ومن ثم فإن العدد الإجمالي لللفات حول الملف اللولبي سيكون مساويًا لـ NL.

دعنا أكون التيار الذي يمر عبر هذا السلك. يتم لف السلك بحيث أنه عند مرور تيار عبر السلك ، فإن حركة الإلكترونات ستنتج مجالًا مغناطيسيًا ويكون المجال المغناطيسي الصافي جزءًا لا يتجزأ من جميع المجالات المغناطيسية التي يتم إنتاجها في كل منعطف من السلك حول الملف اللولبي.

وفقًا لقانون Ampere ، فإن القيمة التكاملية لجميع المجالات المغناطيسية عبر طول الملف اللولبي تساوي μ0 مرات مرور "أنا" الحالي عبر الملف اللولبي.

نحصل على BL = μ0Ie

حيث أناe هو التيار المغلق ويساوي إجمالي التيار المار عبر كل عدد لفات طول السلك.

Ie= nLI

حيث n هو عدد الدورات لكل وحدة طول الملف اللولبي

Ie= nLI

حيث N هو إجمالي عدد الدورات

و L هو طول الملف اللولبي

استبدال هذا في المعادلة أعلاه نحصل عليها

[اللاتكس] BL = \ mu _0InL [/ latex] BL = μ0

ب = μ0In

ومن ثم لدينا معادلة المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي

ب = μ0في / L.

تُستخدم الملفات اللولبية لإنتاج منطقة ذات مجال مغناطيسي موحد وتعتمد تمامًا على عدد لفات الملف حول الملف اللولبي. يعتمد أيضًا على التباعد بين كل ملف ونفاذية المساحة الحرة.

كيف تجد المجال المغناطيسي داخل ملف لولبي؟

يوفر المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي يرجع ذلك إلى عدد الملفات الموجودة حوله.

المجال المغناطيسي في الملف اللولبي هو نتاج التيار المتدفق عبر الملف اللولبي وعدد لفات السلك لكل وحدة طول الملف اللولبي.

ضع في اعتبارك أن الملف اللولبي يحمل تيارًا "I" ينتج بسببه المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي. لنفترض وجود حلقة مستطيلة abcd من خلال الملف اللولبي لتحديد المجال المغناطيسي للملف اللولبي.

كيفية العثور على المجال المغناطيسي للملف اللولبي
حلقة مستطيلة abcd من خلال ملف لولبي

تعمل خطوط المجال المغناطيسي بالتوازي مع الحلقة ab ، ومن ثم يكون المجال المغناطيسي على طول الحلقة ab هو B. وقد اشتقنا قيمة المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي على النحو B = μ0في / L.

علاوة على ذلك ، يشير اتجاه التيار عند إعلان الحلقة داخل الملف اللولبي بينما يتم توجيه اتجاه التيار عند الحلقة bc خارج الملف اللولبي. كل من هذه الحلقات عرضية وعمودية على الفيض المغناطيسي أنتجت داخل الملف اللولبي. وبالتالي فإن مكونات المجال المغناطيسي على طول ad و bc تساوي صفرًا.

دعونا نفهم كيفية حساب المجال المغناطيسي عن طريق حل مشكلة بسيطة معطاة أدناه.

ما هو المجال المغناطيسي الناتج في الملف اللولبي الذي يبلغ طوله 30 سم والسلك الملتف حوله مما يجعل 280 لفة حول الملف اللولبي والتيار المار عبر السلك هو 12 أ؟ النفاذية μ0= 1.26 10 *-6

معطى: الطول = 30 سم

العدد = 280

أنا = 12 أ

μ0= 1.26-6T / م

عدد الدورات لكل وحدة طول هو

ن = N / L

ن = 280/30

يحتوي الملف اللولبي على 9.3 لفات من الأسلاك لكل وحدة طول.

المجال المغناطيسي المنتج داخل الملف اللولبي

ب = μ0In

ب = 1.26 * 10-6* * 12 9.3

ب = 140.6 * 10-6T

المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي هو B = 140.6 * 10-6T

كيف تجد المجال المغناطيسي في نهاية الملف اللولبي؟

يكون المجال المغناطيسي هو الأقوى في المركز ويقلل كلما ابتعدنا عن المركز.

يمكن العثور على المجال المغناطيسي بناءً على الزاوية التي شكلها الخط الذي يربط طرفي الملف اللولبي ومحور الملف اللولبي.

على سطح الملف اللولبي عند النقطة الوسطى الخارجية ، يكون المجال المغناطيسي ضعيفًا وعلى طول محور الملف اللولبي بدون مكونات عمودية.

المجال المغناطيسي في نهايات الملف اللولبي بين θ1= π / 2 وهو

ب = μ0IN / 2 * (θ1- θ2)

ب = μ0IN / 2 * (Cosπ / r-Cosπ)

= μ0في / 2 (0 - (- 1))

= μ0في 2

يصبح المجال المغناطيسي في نهاية الملف اللولبي نصف المجال المغناطيسي المنتج في مركز الملف اللولبي.

كيفية حساب المجال المغناطيسي خارج الملف اللولبي؟

المجال المغناطيسي خارج الملف اللولبي هو صفر أي ب = 0.

تمر خطوط التدفق المغناطيسي داخل الملف اللولبي ، على سطحه وعند الحواف ، حسنًا لا يوجد خط تدفق مغناطيسي يخترق خارج الملف اللولبي ، وبالتالي يكون المجال المغناطيسي دائمًا صفرًا خارج الملف اللولبي.

كيف تجد اتجاه المجال المغناطيسي في الملف اللولبي؟

يوفر اتجاه المجال المغناطيسي في الملف اللولبي باستخدام يدك اليمنى.

إذا قمت بلف يدك اليمنى ، فإن الأصابع الملتفة تشير إلى اتجاه التيار ويشير الإبهام إلى اتجاه المجال المغناطيسي في الملف اللولبي.

لذلك ، إذا قمت بلف يدك حول الملف اللولبي اعتمادًا على اتجاه التيار داخل ملفات الملف اللولبي ، فقد يكون اتجاه التيار المتدفق داخل السلك في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة ؛ يشير إبهام اليد اليمنى إلى اتجاه المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي.

كيف تجد المجال المغناطيسي في مركز الملف اللولبي؟

في وسط الملف اللولبي ، يكون المجال المغناطيسي الناتج عبارة عن مجال مغناطيسي قوي وموحد.

تصنع خطوط التدفق المغناطيسي على طول محور الملف اللولبي زاوية بين 0 إلى على طول مركز الملف اللولبي. ومن ثم يتم تعيين المجال المغناطيسي في مركز الملف اللولبي بين الزوايا من 0 إلى.

ب = μ0IN / 2 * (θ1- θ2)

ب = μ0IN / 2 * (Cosθ-Cosπ)

= μ0في / 2 * (1 - (- 1)

= μ0IN / 2 * 2

= μ0IN

هذا هو إجمالي المجال المغناطيسي الناتج في مركز الملف اللولبي وهو ضعف شدة المجال المغناطيسي مقارنة بنهاية الملف اللولبي.

ما هو المجال المغناطيسي للملف اللولبي؟

المجال المغناطيسي لملف لولبي طويل هو المجال المغناطيسي المنتظم الناتج داخل الملف اللولبي.

لا تعتمد قوة المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي على محور الملف اللولبي ولا منطقة المقطع العرضي الخاصة به. المجال المغناطيسي للملف اللولبي يساوي ب = μ0

يوفر المجال المغنطيسي من الملف اللولبي يعتمد على التيار المار عبر السلك المصاب لكل وحدة طول من الملف اللولبي. كلما زادت كثافة التدفق المغناطيسي هو أقوى المجال المغناطيسي التي تنتجها الملف اللولبي.

كيف تجد N للملف اللولبي؟

'N' هي كثافة عدد لفات السلك التي تضر بطول الملف اللولبي.

إذا كان 'n' هو العدد الإجمالي لدورات الملف حول الملف اللولبي و 'L' هو طول الملف اللولبي ، فيمكن حساب N من الملف اللولبي باستخدام الصيغة

N = n / L.

مثال: إجمالي عدد لفات الملف حول الملف اللولبي بطول 56 سم هو 1800 ، فما هي كثافة عدد الملف؟

معطى: n=1800

L = 56cm

ثم N = n / L.

N = 32.14 لفة / سم

ومن ثم فإن كثافة عدد الملف حول الملف اللولبي هي 32.14 لفة / سم من الملف اللولبي.

كيف ينتج الملف اللولبي مجالًا مغناطيسيًا؟

يتم إنتاج المجال المغناطيسي داخل الملف اللولبي بسبب جرح السلك حول الملف اللولبي.

عندما يمر التيار عبر الملف ، تصبح الإلكترونات المكونة للسلك رشيقة وتنتج حركة الإلكترونات المجال المغناطيسي. عدد لفات الملف حول الملف اللولبي يعزز القوة المغناطيسية للملف اللولبي.

كيف تجد المجال المغناطيسي في حلقة دائرية؟

المجال المغناطيسي خارج الحلقة الدائرية هو صفر

يمكن اكتشاف المجال المغناطيسي في حلقة دائرية باستخدام قانون Biot-Savart وفقًا لذلك

"حجم المجال يتناسب طرديًا مع طول الحلقة والتيار المتدفق خلالها ويتناسب عكسًا مع مربع نصف قطر الحلقة الدائرية."

طول السلك الذي يصنع حلقة دائرية يساوي محيط الحلقة.

L = 2πr

بموجب قانون Biot-Savart.

أين μ0/ 4π هو ثابت التناسب ويساوي 10-7Tm / A و μ0= 4 نفاذية الفضاء الحر.

بدمج المعادلة أعلاه سنجد المجال المغناطيسي في الحلقة الدائرية.

هنا θ = 900

→ sinθ = الخطيئة (900) = 1

L هو الطول الإجمالي للسلك الذي يصنع حلقة دائرية ، وبالتالي

هذه هي المعادلة لإيجاد المجال المغناطيسي داخل حلقة دائرية.

الأسئلة المتكررة

ما مقدار المجال المغناطيسي لملف ملفوف حول ملف لولبي نصف قطره 8 سم مما يجعل 88 دورة تحمل تيارًا 1 أمبير؟

معطى: N = 88

ص = 8 سم = 0.08 م

أنا = 1 أ

μ0= 4π * 10-7تم / أ

ب = μ0NI / 2r

= 4π * 10-7* 88 * 1/2 * 0.08

= 6.9 10 *-4T

حجم المجال المغنطيسي الملف هو 6.9 * 10-4T

ما هو التيار المتدفق عبر ملف لولبي طوله 40 سم وله إجمالي عدد 400 دورة ينتج مجالًا مغناطيسيًا قياسه 5 × 10-4T?

معطى: ب = 5 × 10-4T

N = 400

L = 40 سم = 0.4 م

لدينا

ب = μ0NI / 2L

أنا = BL / μ0N

= 5 10 *-4* 0.4 / 4π * 10-7* 400

[لاتكس] أنا = 0.4 أمبير [/ لاتكس] أنا = 0.4 أ

ومن ثم ، فإن التيار من خلال الملف هو معالج الرسوميات PowerVR .

أكشيتا ماباري

مرحبًا ، أنا أكشيتا ماباري. لقد حصلت على ماجستير. في الفيزياء. لقد عملت في مشاريع مثل النمذجة العددية للرياح والأمواج أثناء الإعصار ، وفيزياء اللعب وآلات التشويق الآلية في مدينة الملاهي على أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لقد تابعت دورة تدريبية حول Arduino وأنجزت بعض المشاريع الصغيرة على Arduino UNO. أحب دائمًا استكشاف مناطق جديدة في مجال العلوم. أنا شخصياً أعتقد أن التعلم يكون أكثر حماساً عندما يتعلم بالإبداع. بصرف النظر عن هذا ، أحب القراءة ، والسفر ، والعزف على الجيتار ، وتحديد الصخور والطبقات ، والتصوير ، ولعب الشطرنج. اتصل بي على LinkedIn - LinkedIn.com/in/akshita-mapari-b38a68122

آخر المقالات