Μάθημα : Φυσική Γ'ΕΠΑΛ - Μέρος Ι

Α. Κυκλικός αyωyός

Μόνο στο κέντρο του κυκλικού αγωγού μπορούμε να το υπολογίσουμε με απλά μαθηματικά το διάνυσμα Β:

• Το πεδίο Β είναι κάθετο στο επίπεδο του κυκλικού αγωγού.
• Η κατεύθυνσή του είναι η κατεύθυνση του αντίχειρα, όταν κάμψουμε τα δάχτυλα του δεξιού χεριού προς τη φορά του ρεύματος που διαρρέει κυκλικό αγωγό (για ρεύμα συμβατικής φοράς) .
• Το μέτρο του διανύσματος δίνεται από τη σχέση:

           Β = μο   2πl

                 4π    R

όπου:

I το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό

R η ακτίνα του αγωγού

Η σταθερά μο/4π συμβολίζεται με km . Για το κενό η τιμή της είναι

            km  = 10^-7 Ν/Α²

Προφανώς, μο =4π  10^-7 Ν/Α²

B. Ευθύγραμμος αγωγός

Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου το οποίο δημιουργεί ευθύγραμμος αγωγός διαρρεόμενος από ρεύμα είναι περιφέρειες κύκλων των οποίων τα επίπεδα είναι κάθετα στον αγωγό και των οποίων τα κέντρα βρίσκονται πάνω στον αγωγό.

Εάν συνεχίσουμε το πείραμα μπορούμε να προσδιορίσουμε τους παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν το μέτρο του μαγνητικού πεδίου το οποίο δημιουργεί ο ευθύγραμμος αγωγός σε σημείο Α. Έτσι, μεταβάλλοντας το ρεύμα I και την απόσταση R του σημείου Α από τον αγωγό, θα διαπιστώσουμε τα εξής:

• Το μέτρο του μαγνητικού πεδίου σε σημείο Α είναι ανάλογο του ηλεκτρικού ρεύματος/.
• Το μέτρο του μαγνητικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση του σημείου Α από τον αγωγό.

Η κατεύθυνση του διανύσματος Β προσδιορίζεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού. Περιβάλλουμε τον αγωγό με το δεξί χέρι έτσι, ώστε ο αντίχειρας να δείχνει κατά τη φορά του ηλεκτρικού ρεύματος. Η φορά των καμπυλομένων δακτύλων προσδιορίζει τη φορά των δυναμικών γραμμών και, κατά συνέπεια, την κατεύθυνση του διανύσματος Β.

Συνοψίζοντας:

Το πεδίο σε απόσταση R από ευθύγραμμο αγωγό που διαρρέεται από ρεύμα Ι:

• Έχει μέτρο που υπολογίζεται από τη σχέση :

μο   2πl

    Β=      ---   ----

4π    R

• Βρίσκεται σε επίπεδο κάθετο στον αγωγό.
• Έχει κατεύθυνση που προσδιορίζεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού.

Ερώτηση

Σας δίνουν ένα ευλύγιστο μονωμένο σύρμα. Κάμπτουμε το σύρμα στη μέση ώστε να σχηματιστούν δύο ευθύγραμμα τμήματα τα οποία να έχουν το ιδιο μήκος  να είναι παράλληλα και να εφάπτονται. Αν στο σύρμα διαβιβάσουμε ρεύμα παρατηρούμε ότι στην περιοχή δεν ανιχνεύεται μαγνητικό πεδίο. Πώς το εξηγείτε; Μπορούμε να πλέξουμε τα δύο κομμάτια του σύρματος το ένα γύρω από το άλλο; Αν το διπλωμένο σύρμα το διπλώναμε άλλη μια φορά, τι θα συνέβαινε;

Γ. Το σωληνοειδές

Για να κατασκευάσουμε ένα σωληνοειδές, χρησιμοποιούμε ένα μονωμένο χάλκινο σύρμα, με το οποίο δημιουργούμε περιελίξεις της ίδιας ακτίνας, οι οποίες έχουν τον ίδιο άξονα.

Οοι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του σωληνοειδούς και, ιδιαίτερα, σε μια μεγάλη περιοχή γύρω από το κέντρο του είναι παράλληλες, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο είναι ομογενές.

το μαγνητικό πεδίο στο εσωτερικό του είναι, με πολύ καλή προσέγγιση, ομογενές και το μέτρο του διανύσματος Β δίνεται από τη σχέση:

                         Ν

         Β = μο Ι  ----

                         l

Το πηλίκο N/l ονομάζεται ανηγμένος αριθμός σπειρών Ν* και εκφράζει τον αριθμό των σπειρών ανά μονάδα μήκους του σωληνοειδούς.

Η κατεύθυνση του Β προσδιορίζεται με τον κανόνα του δεξιού χεριού: διατηρούμε καμπυλωμένα τα τέσσερα δάχτυλα του δεξιού χεριού και τεντωμένο τον αντίχειρα. Κατευθύνουμε τα δάχτυλα κατά τη φορά του ρεύματος στις σπείρες. Η κατεύθυνση προς την οποία δείχνει ο αντίχειρας είναι η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου Β.