دسته‌ها
فیزیک سوم دبیرستان فیزیک یازدهم مغناطیس مغناطیس

میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

سیملوله، سیم درازی است که به صورت مارپیچی بلند، پیچیده شده است. با عبور جریان الکتریکی از سیملوله، در فضای اطراف آن میدان مغناطیسی به وجود می آید. طرح خط های میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان را در شکل زیر می توانید مشاهده کنید.

ph11 s3 solenoid 01 1 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

همانطوری که مشاهده می کنید خط های میدان در داخل سیملوله بسیار متراکم تر از خط های میدان در خارج آن است و این نشانگر بزرگ تر بودن میدان مغناطیسی در داخل سیملوله است. خط های میدان در داخل سیملوله، بویژه در نقطه های نسبتا دور از لبه های آن تقریبا موازی و هم فاصله اند و این، نشانگر یکنواخت بودن میدان مغناطیسی درون سیملوله است.

محاسبه میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

اگر قطر حلقه های سیملوله در مقایسه با طول آن، بسیار کوچک و حلقه های آن، خیلی به هم نزدیک باشند، به این سیملوله، سیملوله آرمانی گفته می شود. میدان مغناطیسی داخل یک سیملوله آرمانی در نقطه های دور از لبه ها یکنواخت است و اندازه آن از رابطه زیر بدست می آید.

ph11 s3 solenoid 05 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

در این رابطه I جریان عبوری، l طول سیملوله، N تعداد دورهای سیملوله هستند.

اگر سیم های سیملوله کاملا به هم چسبیده باشند، می توان طول سیملوله را از حاصلضرب تعداد دور در قطر سیم (ضخامت سیم) بدست آورد.

ph11 s3 solenoid 06 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

مثال ۱: سیملوله ای آرمانی به طول ۴۰ سانتی متر چنان طراحی شده است که جریان بیشینه ای به شدت ۱٫۲ آمپر از آن بگذرد. با عبور این جریان از سیملوله، اندازه میدان مغناطیسی درون آن و دور از لبه ها ۲۷۰ گاوس می شود. تعداد دورهای سیملوله چقدر باید باشد؟

ph11 s3 solenoid 07 1 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

ویدیو آموزشی محاسبه میدان مغناطیسی سیملوله

در ویدیو آموزشی زیر که توسط استاد مصطفی کبیری آماده شده است، در مورد چگونگی محاسبه میدان مغناطیسی در محور مرکزی سیملوله توضیح داده می شود.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات


تعیین جهت میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان با قاعده دست راست

برای تعیین جهت میدان مغناطیسی در داخل سیملوله آرمانی از قاعده دست راست استفاده می کنیم. به این صورت که چهار انگشت در جهت جریان سیملوله می چرخد و انگشت شست نشان دهنده میدان مغناطیسی در داخل سیملوله است. مانند شکل زیر.

ph11 s3 solenoid 03 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

سیملوله نیز مانند حلقه حامل جریان الکتریکی یک دو قطبی مغناطیسی ایجاد می کند یعنی خود سیملوله حامل جریان مانند یک آهنربا عمل می کند. بنابراین دارای قطب های S و N است. میدان مغناطیسی داخل سیملوله از قطب S به سمت قطب N است. به طور مثال در شکل بالا چون جهت میدان مغناطیسی از راست به چپ است، پس سمت چپ سیملوله قطب S و سمت راست سیملوله قطب N است.

تعیین جهت میدان مغناطیسی سیملوله فقط دو حالت دارد که می توانید در شکل زیر مشاهده کنید.

ph11 s3 solenoid 02 1 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

ویدیو آموزشی تعیین جهت با استفاده از قاعده دست راست

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.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات


مثال ۲: کدام باتری را در مدار شکل روبرو قرار دهیم تا اهنربای میله ای آویزان شده به طرف سیملوله جذب شود؟

ph11 s3 solenoid 08 1 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

پاسح مثال ۲: باتری A را باید قرار دهیم. اگر قرار باشد آهنربای آویزان جذب سیملوله شود مطابق شکل زیر سمت راست سیملوله باید دارای قطب S باشد، تا قطب های ناهمنام یکدیگر را جذب کنند. بنابراین میدان در داخل سیملوله از راست به چپ است. و با قاعده دست راست می توان فهمید جریان از سمت چپ سیملوله خارج می شود. پس باید به پایانه منفی برود. چون جهت جریان الکتریکی در مدار الکتریکی از پایانه مثبت به پایانه منفی است.

ph11 s3 solenoid 09 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

در شکل زیر می توانید شکل گیری خطوط میدان مغناطیسی در اطراف سیملوله حامل جریان را با استفاده از براده های آهن مشاهده کنید.

ph11 s3 solenoid 04 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

سیملوله با هسته آهنی- آهنربای الکتریکی

وقتی جریانی در سیملوله برقرار می شود، میدان مغناطیسی سیملوله، در هسته آهنی وسط آن خاصیت مغناطیسی القا می کند و هسته آهنی، آهنربا می شود. این آهنربا را آهنربای الکتریکی می نامند. هر چه تعداد دورهای سیملوله و جریانی که از آن می گذرد بیشتر باشد، آهنربای الکتریکی قوی تری خواهیم داشت طوری که می توان از آن برای بلند کردن قراضه های آهنی و فولادی بزرگ استفاده کرد. وجود هسته آهنی باعث تقویت میدان مغناطیسی سیملوله می شود. عدم حضور هسته آهنی در داخل سیملوله، موچب می شود میدان مغناطیسی کمی را داشته باشیم که در عمل کاربرد فراوانی ندارد.

ویدیو آموزشی ساخت جرثقیل الکترومغناطیسی

در ویدیو آموزشی زیر به شما آموزش می دهیم که چگونه با استفاده از ابزارهای ساده ای یک سیملوله و در نهایت یک جرثقیل الکترومغناطیسی بسازید و با آن بتوانید قطعات کوچک فلزی را بلند کنید.

مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات

مثال ۳: سیملوله ای شامل ۵۰۰ دور سیم روکش دار است. اگر جریان عبوری از آن ۱ آمپر و بزرگی میدان مغناطیسی روی محور و در مرکز آن ۲π گاوس باشد، الف) طول سیملوله را حساب کنید. ب) اگر الکترونی با سرعت ۴×۱۰۵m/s تحت زاویه ۳۰ درجه نسبت به محور سیملوله حرکت کند، نیروی وارد بر آن را بدست آورید. پ) در چه صورت نیرویی بر این الکترون وارد نمی شود؟

پاسخ مثال ۳:

ph11 s3 solenoid 10 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

پ) به شرطی که الکترون موازی با محور سیملوله پرتاب شود.

مثال ۴: در شکل زیر،  به دور دو میخ آهنی سیم پیچیده ایم و آن ها را در کنار هم قرار داده ایم. با متصل کردن سیم های به باتری، دو میخ یکدیگر را جذب می کنند یا دفع ؟ توضیح دهید.

ph11 s3 solenoid 11 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

پاسخ مثال ۴: یکدیگر را جذب می کنند. مطابق شکل زیر جهت میدان هر دو سیملوله در یک جهت است. یعنی قطب N سیملوله سمت چپ در مجاور قطب S سیملوله سمت راست قرار می گیرد. پس یکدیگر را جذب می کنند.

ph11 s3 solenoid 12 میدان مغناطیسی سیملوله حامل جریان

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 (نا تمام) 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 *