전류가 흐르는 코일의 자기장

정지 전하 주변 공간에 정전기장이 존재한다면 이동 전하 주변 공간(또한 Maxwell이 처음 제안한 시변 전계 주변 공간)에도 정전기장이 존재합니다. 자기장… 이것은 실험적으로 관찰하기 쉽습니다.

자기장 덕분에 전류는 서로 상호 작용하고 영구 자석과 전류는 자석과 상호 작용합니다. 전기적 상호작용에 비해 자기적 상호작용이 훨씬 강하다. 이 상호 작용은 André-Marie Ampère에 의해 적시에 연구되었습니다.

물리학에서 자기장의 특성은 자기 유도 B이고 클수록 자기장이 강합니다. 자기 유도 B는 벡터 양이며, 그 방향은 자기장의 어떤 지점에 놓인 기존 자기 화살표의 북극에 작용하는 힘의 방향과 일치합니다. 자기장은 자기 화살표를 벡터 방향으로 향하게 합니다. B , 즉 자기장의 방향 .

자기 유도선의 어느 지점에서나 벡터 B는 접선 방향으로 향합니다. 즉, 유도 B는 전류에 대한 자기장의 힘 효과를 나타냅니다. 유사한 역할이 전하에 대한 전기장의 강한 작용을 특징으로 하는 전기장에 대한 힘 E에 의해 수행됩니다.

철 파일링에 대한 가장 간단한 실험을 통해 자화 된 물체에 대한 자기장의 작용 현상을 명확하게 보여줄 수 있습니다. 일정한 자기장에서 작은 강자성체 조각 (이러한 조각은 철 파일링)이 필드를 따라 자화되기 때문입니다. 나침반의 작은 화살과 같은 화살.

수직 구리선을 수평으로 놓인 종이(또는 플렉시 유리 또는 합판)의 구멍에 통과시킨 다음 금속 조각을 시트에 붓고 약간 흔든 다음 전선을 통해 직류를 흐르게 하면 파일링이 전류에 수직인 평면에서 와이어 주위에 원을 그리며 소용돌이 형태로 어떻게 배열되는지 쉽게 알 수 있습니다.

이 톱밥 원은 단순히 전류 전달 도체의 자기장의 자기 유도 선 B의 일반적인 표현일 것입니다. 이 실험에서 원의 중심은 전류가 흐르는 전선의 축을 따라 정확히 중앙에 위치합니다.

전류가 흐르는 도선에서 자기 유도 벡터의 방향을 쉽게 결정할 수 있습니다. 김릿 규칙에 의해 또는 오른쪽 나사 규칙에 따라: 와이어의 전류 방향으로 나사 축의 병진 이동으로 나사 또는 짐벌 핸들의 회전 방향(나사로 돌리거나 빼는 것)은 나사의 방향을 나타냅니다. 전류 주변의 자기장.

짐벌 규칙이 적용되는 이유는 무엇입니까? 두 개의 맥스웰 방정식에 사용된 회전자(감쇠로 필드 이론에서 표시됨)의 작업은 공식적으로 벡터 곱(연산자 nabla 사용)으로 작성될 수 있고 가장 중요한 것은 벡터장의 회전자가 다음과 같이 비유될 수 있기 때문입니다. 유추) 이상적인 유체의 회전 각속도(Maxwell 자신이 상상한 대로)는 유속 필드가 주어진 벡터 필드를 나타내며 각속도에 대해 설명된 이러한 규칙 공식에 의해 로터에 사용될 수 있습니다.

따라서 벡터 필드 와류 방향으로 엄지손가락을 돌리면 해당 필드의 로터 벡터 방향으로 나사가 고정됩니다.

보시다시피 공간에서 열려 있는 정전기장 세기의 선과 달리 전류를 둘러싼 자기 유도선은 닫혀 있습니다. 전기 강도 E의 선이 양전하로 시작하고 음전하로 끝나면 자기 유도 선 B는 단순히 생성하는 전류 주위에서 닫힙니다.

이제 실험을 복잡하게 해봅시다. 전류가 흐르는 직선 대신 전류가 흐르는 구부러진 전선을 고려하십시오. 그림의 평면에 수직으로 이러한 루프를 배치하고 전류가 왼쪽에서 우리를 향하고 오른쪽에서 우리를 향하는 것이 편리하다고 가정합니다. 이제 자기 바늘이 있는 나침반이 전류 루프 내부에 배치되면 자기 바늘은 자기 유도선의 방향을 나타내며 루프 축을 따라 향하게 됩니다.

왜? 코일 평면의 반대쪽이 자기 바늘의 극과 유사하기 때문입니다.B선이 떠나는 곳은 북극에서 남극으로 들어가는 곳입니다. 먼저 전류가 흐르는 전선과 그 자기장을 고려한 다음 단순히 전선을 고리에 감는다면 이해하기 쉽습니다.

전류가 있는 루프의 자기 유도 방향을 결정하기 위해 짐벌 규칙 또는 오른쪽 나사 규칙도 사용합니다. 짐벌의 끝을 루프 중앙에 놓고 시계 방향으로 돌립니다. 짐벌의 병진 이동은 루프 중심에서 자기 유도 벡터 B와 방향이 일치합니다.

분명히 전류의 자기장의 방향은 직선이든 코일이든 전선의 전류 방향과 관련이 있습니다.

일반적으로 전류가 흐르는 코일 또는 자기 유도 라인 B가 나가는 코일(벡터 B의 방향이 바깥쪽)이 북쪽 자극이고 라인이 들어가는 곳(벡터 B가 안쪽으로 향함)은 남극.

전류가있는 많은 회전이 긴 코일-솔레노이드 (코일의 길이는 직경의 몇 배임)를 형성하면 내부의 자기장은 균일합니다. 즉, 자기 유도선 B는 서로 평행하고 코일의 전체 길이를 따라 동일한 밀도. 또한, 영구 자석의 자기장은 외부적으로는 전류가 흐르는 코일의 자기장과 유사합니다.

전류 I, 길이 l, 감은 횟수 N인 코일의 경우, 진공에서의 자기 유도는 수치적으로 다음과 같습니다.

따라서 전류가 흐르는 코일 내부의 자기장은 균일하며 남극에서 북극(코일 내부!)으로 향합니다. 코일 내부의 자기 유도는 전류 전달 코일의 단위 길이당 암페어 턴 수에 모듈로 비례합니다.