ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Το μαγνητικό,πεδίο γύρω από ένα μακρύ ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό είναι ασθενές,εκτός και αν,ο αγωγός διαρρέεται από ρεύμα μεγάλης έντασης.

Αν τυλίξουμε πολλές σπείρες σε ένα μονωτικό κύλινδρο οι οποίες να ισαπέχουν έχουμε φτιάξει ένα σωληνοειδές

 Ένας ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους που διαρρέεται από ρεύμα έντασης 50 Α δημιουργεί σε απόσταση ενός μέτρου από αυτόν μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου 10^-5 T που είναι αρκετά ασθενές.
 Αν όμως,τον ίδιο αγωγό τον τυλίξουμε,έτσι ώστε να δημιουργήσουμε πολλούς μικρούς κυκλικούς αγωγούς,τα πράγματα αλλάζουν.Τότε,το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί  το ίδιο  το σύρμα είναι πολύ ισχυρό.

Το μαγνητικό πεδίο ενός σωληνοειδούς είναι πολύ ισχυρό

 Αυτός είναι και ο βασικός λόγος της προτίμησης που δείχνουμε για κυκλικούς ρευματοφόρους αγωγούς.Ένα σύνολο τέτοιων κυκλικών αγωγών αποτελεί ένα πηνίο.Κάθε ένας κυκλικός αγωγός λέμε ότι αποτελεί μια σπείρα.Αν τυλίξουμε πολλές σπείρες σε ένα μονωτικό κύλινδρο οι οποίες να ισαπέχουν έχουμε φτιάξει ένα σωληνοειδές.

Η ευθεία που ορίζεται από τα κέντρα των σπειρών λέγεται άξονας  του σωληνοειδούς

 Η ευθεία που ορίζεται από  τα κέντρα των σπειρών λέγεται άξονας του σωληνοειδούς.

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΦΑΣΜΑ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

 Θα μελετήσουμε το μαγνητικό πεδίο ενός σωληνοειδούς.Χρησιμοποιούμε μια συσκευή φάσματος σωληνοειδούς.

Μαγνητικό πεδίο σωληνοειδούς

 Σκορπίζουμε στην πλαστική διαφανή πλάκα ρινίσματα σιδήρου και διαβιβάζουμε ρεύμα στο σωληνοειδές.Ύστερα κτυπάμε ελαφρά τη διαφανή πλάκα.Παρατηρούμε τη μορφή του φάσματος του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται.

Μαγνητικό φάσμα σωληνοειδούς

 Με μια μαγνητική βελόνα,παρατηρούμε,ότι το ένα άκρο του σωληνοειδούς συμπεριφέρεται σαν βόρειος πόλος και το άλλο σαν νότιος.Το σημείο εξόδου των δυναμικών γραμμών το χαρακτηρίσαμε βόρειο πόλο ενώ το σημείο εισόδου νότιο πόλο.

Το σημείο  εξόδου των δυναμικών γραμμών  το χαρακτηρίσαμε βόρειο πόλο ενώ  το σημείο εισόδου νότιο πόλο

  Συνεπώς βλέπουμε ότι το σωληνοειδές συμπεριφέρεται όπως ένας ευθύγραμμος μαγνήτης,σε αντίθεση με τον ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό δεν βρίσκουμε πόλους.

Στο εσωτερικό του σωληνοειδούς δημιουργείται  ένα ισχυρό ομογενές μαγνητικό πεδίο

 Θα εκτελέσουμε ένα απλό πείραμα για να επιβεβαιώσουμε την παραπάνω παρατήρηση.Κρεμάμε με δύο λεπτά αγώγιμα νήματα,ένα αρκετά μεγάλο και σχετικά ελαφρύ σωληνοειδές και διοχετεύουμε μέσα από τα νήματα ρεύμα περίπου 2 Α.Παρατηρούμε  ότι με τα από μερικές αιωρήσεις το σωληνοειδές θα προσανατολισθεί με τον άξονα του περίπου στη διεύθυνση Βορράς,Νότος.Όπως ακριβώς θα έκανε ένας ευθύγραμμος μαγνήτης.

Το σωληνοειδές θα προσανατολισθεί με  τον άξονα  του περίπου στη διεύθυνση Βορράς,Νότος.Όπως ακριβώς θα έκανε ένας ευθύγραμμος μαγνήτης

 Στο εσωτερικό του σωληνοειδούς οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες με τον άξονα  του σωληνοειδούς και ισαπέχουν.Συνεπώς το πεδίο είναι ομογενές. 

Στο εσωτερικό  του σωληνοειδούς το πεδίο είναι ομογενές.Στον υπόλοιπο χώρο  το μαγνητικό πεδίο  είναι ανομοιογενές και ασθενέστερο.

 Στον υπόλοιπο χώρο το μαγνητικό πεδίο είναι ανομοιογενές και ασθενέστερο.Έτσι μπορούμε να πούμε ότι στο εσωτερικό του σωληνοειδούς δημιουργείται  ένα ισχυρό ομογενές μαγνητικό πεδίο.

ΕΝΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

 Μπορούμε να αποδείξουμε ότι σε ένα σημείο Α του άξονα  του σωληνοειδούς κοντά στο κέντρο του,το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι:

                                                                     B=k_μ·4·π· Ν/l ·I

όπου:

n ο αριθμός των σπειρών,

l το μήκους  του σωληνοειδούς,

I η ένταση του  ρεύματος που  διαρρέει το σωληνοειδές.

Ν/l εκφράζει  τον αριθμό σπειρών ανά μονάδα μήκους του σωληνοειδούς και συμβολίζεται με n(n=Ν/l).

Μπορούμε να αποδείξουμε ότι σε ένα σημείο Α του άξονα του σωληνοειδούς κοντά στο κέντρο του,το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι Β=kμ·4π·Ν·Ι/l

 Εφαρμόζουμε τον κανόνα της δεξιά παλάμης για μία σπείρα,όπως τον εφαρμόσαμε στον κυκλικό ρευματοφόρο αγωγό.

Ο προσδιορισμός της φοράς της έντασης του μαγνητικού πεδίου σωληνοειδούς

 Ο αντίχειρας θα μας δείξει  τη φορά  της έντασης  του μαγνητικού πεδίου,θα μας δείξει δηλαδή  το βόρειο πόλο  του πηνίου.

ΕΝΤΑΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΚΟΝΤΑ ΣΤΑ ΑΚΡΑ ΣΩΛΗΝΟΕΙΔΟΥΣ

 Το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι σε ένα σημείο του άξονα του σωληνοειδούς κοντά στο κέντρο του δεν είναι το ίδιο με το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου κοντά στα άκρα του σωληνοειδούς.

Η ένταση του μαγνητικού πεδίου κοντά στα άκρα του σωληνοειδούς αποδεικνύεται ότι έχει μέτρο ίσο με το μισό του μέτρου της έντασης στο κέντρο του σωληνοειδούς

 Η ένταση του μαγνητικού πεδίου κοντά στα άκρα του σωληνοειδούς αποδεικνύεται ότι έχει μέτρο ίσο με το μισό του μέτρου της έντασης στο κέντρο του σωληνοειδούς:

                                                                     B′=B/2

                                                                   B′=k_μ·2·π· Ν/l ·I