通電コイルの磁界

静電場が静止した電荷の周囲の空間に存在する場合、移動する電荷の周囲の空間 (およびマクスウェルによって最初に提案された時間変化する電場の周囲) にも静電場が存在します。 磁場…これは実験的に観察するのが簡単です。

磁場のおかげで、永久磁石と磁石との電流だけでなく、電流も相互に相互作用します。電気的相互作用と比較して、磁気的相互作用ははるかに強いです。この相互作用はアンドレ・マリー・アンペールによってやがて研究されました。

物理学では、磁場の特性は次のようになります。 磁気誘導 B が大きくなり、大きいほど磁場が強くなります。磁気誘導 B はベクトル量であり、その方向は磁場内のある点に置かれた従来の磁気矢印の N 極に作用する力の方向と一致します。磁場は磁気矢印をベクトルの方向に向けます。 B、つまり磁場の方向です。

磁気誘導線の任意の点におけるベクトル B は、それに接線方向に向けられます。つまり、誘導 B は、電流に対する磁場の力の影響を特徴付けます。電場に対する力 E も同様の役割を果たし、電荷に対する電場の強い作用を特徴づけます。

鉄やすりを使った最も単純な実験では、磁化された物体に対する磁場の作用の現象を明確に実証することができます。なぜなら、一定の磁場では、強磁性体の小さな破片（そのような破片が鉄やすりです）が磁場に沿って磁化されるからです。コンパスの小さな矢印のような矢印。

垂直の銅線を水平に置いた紙（またはプレキシガラスや合板）の穴に通し、その上に金属やすりを注ぎ、少し振ってから、線に直流を流します。ワイヤ内の電流に垂直な面内で、ワイヤの周りに円を描く渦の形で削りくずがどのように配置されるかは簡単にわかります。

これらの円形のおがくずは、通電導体の磁場の磁気誘導線 B を従来どおり表現したものにすぎません。この実験の円の中心は、通電ワイヤの軸に沿って正確に中心に位置します。

通電ワイヤ内の磁気誘導ベクトルの方向は簡単に判断できます ギムレットルールで または、右ネジの法則に従って、ワイヤ内の電流の方向にネジ軸が並進運動することにより、ネジまたはジンバル ハンドルの回転方向 (ネジを締め込むまたは締める) が、ネジの方向を示します。電流の周りの磁場。

ジンバルルールが適用されるのはなぜですか? 2 つのマクスウェル方程式で使用される回転子の仕事 (場の理論では減衰で表される) は、形式的にはベクトル積 (演算子 nabla を使用) として書くことができるため、そして最も重要なのは、ベクトル場の回転子は ( は類似）理想流体（マクスウェル自身が想像したもの）の回転の角速度に相当し、その流速場は特定のベクトル場を表し、角速度について説明されているこれらの規則公式によってローターに使用できます。

したがって、ベクトル フィールドの渦の方向に親指を回すと、そのフィールドのローター ベクトルの方向に回転します。

ご覧のとおり、空間に開いた静電界強度の線とは異なり、電流の周囲の磁気誘導線は閉じています。電気強度線 E が正電荷で始まり負電荷で終わる場合、磁気誘導線 B はそれらを生成する電流の周囲で単純に閉じます。

では、実験を複雑にしてみましょう。電流が流れる直線のワイヤーの代わりに、電流が流れる曲がりを考えてみましょう。このようなループを図面の平面に対して垂直に配置し、電流が左側に向かって、右側に向かって流れるようにするのが便利だと仮定します。ここで、磁気針の付いたコンパスが電流ループ内に配置されると、磁気針は磁気誘導線の方向を示し、磁気誘導線はループの軸に沿って方向付けられます。

なぜ？コイルの平面の反対側は磁針の極に似ているためです。B 線が出る場所が北磁極で、そこから南極に入ります。これは、最初に電流が流れるワイヤとその磁場を考慮し、次にワイヤを単純にリング状に巻くと簡単に理解できます。

電流によるループの磁気誘導の方向を決定するために、ジンバルの法則または右ネジの法則も使用されます。ジンバルの先端をループの中心に置き、時計回りに回転させます。ジンバルの並進運動は、ループの中心の磁気誘導ベクトル B の方向と一致します。

明らかに、電流の磁場の方向は、直線であろうとコイルであろうと、ワイヤ内の電流の方向に関係します。

一般に、通電コイルまたはコイルの磁気誘導線 B が出る側 (ベクトル B の方向が外側) が北磁極であり、線が入る側 (ベクトル B が内側に向かう) が磁極であると考えられています。南磁極。

多くの電流が巻かれて長いコイル、つまりソレノイド (コイルの長さはその直径の何倍もある) を形成する場合、その内部の磁場は均一です。つまり、磁気誘導線 B は互いに平行であり、コイルの全長に沿って同じ密度。ちなみに、永久磁石の磁場は、通電コイルの磁場と外見的には似ています。

電流 I、長さ l、巻き数 N のコイルの場合、真空中の磁気誘導は数値的に次のようになります。

したがって、電流が流れるコイル内の磁場は均一で、S 極から N 極の方向に向いています (コイル内です!)。コイル内部の磁気誘導は、通電コイルの単位長さあたりのアンペアターン数に比例します。