دسته‌ها
فیزیک سوم دبیرستان فیزیک یازدهم مغناطیس مغناطیس

میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

می دانیم سیم حامل جریان الکتریکی در فضای اطراف خود میدان مغناطیسی ایجاد می کند. حال اگر سیم را به صورت حلقه دایره ای شکل دربیاوریم، میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی به صورت شکل زیر می شود. خط های میدان مغناطیسی در ناحیه داخل حلقه به یکدیگر نزدیکترند. یعنی میدان در این ناحیه قوی تر است. همچنین در نقطه های روی محور حلقه، میدان مغناطیسی موازی محور حلقه است.

ph11 s3 halghe 01 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

شکل الف در بالا خطوط میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی را نشان می دهد. و شکل ب براده های اهن را در اطراف یک حلقه حامل جریان ریخته ایم و می بینیم که با خطوط میدان رسم شده مطابقت دارد.

تعیین جهت میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی با قاعده دست راست

برای تعیین جهت خطوط میدان در داخل حلقه از قاعده دست راست مطابق شکل پ در بالا استفاده می کنیم. به این صورت که انگشت شست دست راست را در جهت سیم حلقه قرار داده و چهار انگشت را از داخل حلقه به سمت کف دست می چرخانیم. در شکل بالا می بینیم که جهت میدان مغناطیسی در داخل حلقه از چپ به راست است.

میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان مشابه میدان مغناطیسی اطراف یک آهنربای تخت دایره ای شکل است (مطابق شکل زیر). به همین دلیل هر حلقه حامل جریان را به عنوان یک دو قطبی مغناطیسی در نظر می گیرند. میدان مغناطیسی در داخل حلقه از این دید از قطب S به قطب N است. یعنی پس از اینکه میدان مغناطیسی حلقه را با استفاده از قاعده دست راست تعیین کردیم، قطب های آن را تعیین می کنیم. به طور مثال در حلقه زیر میدان از پایین به سمت بالا است بنابراین قسمت پایین حلقه قطب S این دو قطبی و قسمت بالای حلقه قطب N است.

ph11 s3 halghe 02 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

در شکل زیر با توجه به میدان های مغناطیسی رسم شده در اطراف حلقه با استفاده از قاعده دست راست می توان تشخیص داد جهت جریان الکتریکی در حلقه ساعتگرد است.

ph11 s3 halghe 03 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

ویدیو زیر را برای یادگیری بهتر چگونگی تعیین جهت میدان مغناطیسی سیملوله با استفاده از قاعده دست راست که توسط استاد مصطفی کبیری آماده شده است، را مشاهده کنید.

استفاده از یک تک حلقه برای تولید میدان مغناطیسی به اندازه مطلوب تقریبا کاری غیر ممکن است. زیرا باید جریانی بیش از تحمل سیم به آن وارد شود. در این موارد به جای استفاده از تک حلقه، از پیچه ها برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می شود.

ph11 s3 halghe 04 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

مثال ۱: شکل زیر یک حلقه حامل جریان را نشان می دهد (در شکل نیمی از حلقه رسم شده است). اگر یک عقربه مغناطیسی در نقطه A روی محور حلقه قرار گیرد، قطب S آن به کدام طرف خواهد ایستاد؟

ph11 s3 halghe 05 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

پاسخ مثال ۱: با توجه به جهت جریان سیم و قاعده دست راست میدان مغناطیسی روی محور حلقه از بالا به سمت پایین است. از آنجایی که قطب  N عقربه مغناطیسی در جهت میدان (به سمت پایین) قرار می گیرد، پس قطب S عقربه به سمت بالا خواهد ایستاد.

اندازه میدان مغناطیسی در مرکز حلقه دایره ای حامل جریان الکتریکی (مخصوص رشته ریاضی)

اندازه میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی در مرکز حلقه از رابطه زیر بدست می آید.

ph11 s3 halghe 06 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

که در این رابطه µ تراوایی مغناطیسی خلا است که مقدارش را در بالا مشاهده می کنید. همچنین N تعداد حلقه های پیچه و R شعاع حلقه است.

مثال ۲: از پیچه ای به شعاع ۶ سانتی متر و تعداد ۱۰۰ دور سیم، جریانی به شدت ۲ آمپر می گذرد. میدان مغناطیسی در مرکز پیچه چند تسلا است؟ (µ۰=۱۲×۱۰ Tm/A)

ph11 s3 halghe 07 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

مثال ۳: بزرگی میدان مغناطیسی در مرکز پیچه مسطحی شامل ۵۰ حلقه که مساحت هر حلقه آن ۳۶πcm2 می باشد، برابر با    20πG است. جریان عبوری از پیچه برابر با چند آمپر است؟ (µ۰=۴π×۱۰ Tm/A)

ph11 s3 halghe 08 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

مثال ۴: در شکل زیر، اندازه میدان مغناطیسی حاصل از سیم راست در نقطه A واقع در مرکز حلقه به شعاع ۱٫۵ سانتی متر ، ۲ گاوس است. چه جریانی و در چه جهتی از حلقه بگذرد تا اندازه میدان مغناطیسی خالص در نقطه A صفر شود؟

 (µ۰=۱۲×۱۰ Tm/A)

ph11 s3 halghe 09 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

پاسخ مثال ۴: با استفاده از قاعده دست راست روی سیم حامل جریان، می دانیم میدان مغناطیسی ناشی از سیم در مرکز حلقه درونسو است. برای اینکه میدان میدان خالص در مرکز حلقه صفر شود، باید میدان مغناطیسی ناشی از حلقه در مرکز حلقه برونسو و برابر با میدان سیم حامل جریان باشد. پس جهت جریان در حلقه پادساعتگرد است.

ph11 s3 halghe 10 میدان مغناطیسی حلقه حامل جریان الکتریکی

دانلود جزوه مطالب بالا به صورت PDF



کبیری

از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *