Solenoid on traadimähis, mis on selle läbimõõdust oluliselt pikem ja tekitab magnetvälja, kui vool seda läbib. Praktikas mähitakse see mähis metallist südamiku ja magnetvälja tugevuse ümber sõltub mähise tihedusest, mähist läbivast voolust ja tuum.
See muudab solenoidi teatud tüüpi elektromagnetiks, mille eesmärk on tekitada kontrollitud magnetväli. Seda välja saab kasutada mitmesugustel eesmärkidel, olenevalt seadmest, alates magnetvälja tekitamisest elektromagnetina, takistada induktorina voolumuutusi või muundada magnetväljas salvestatud energia elektrimootorina kineetiliseks energiaks.
Solenoidi tuletise magnetväli
Magnetvälja tuletise magnetvälja saab leidaAmpère'i seadus. Saame
Bl = \ mu_0 NI
kusBon magnetvoo tihedus,lon solenoidi pikkus μ0 on magnetikonstant või magnetiline läbilaskvus vaakumis,Non mähises pöörete arv jaMinaon vool läbi mähise.
Jagades läbil, saame
B = \ mu_0 (N / l) I
kusN / lonpöörab tihedusevõi pöörete arv pikkuse ühiku kohta. See võrrand kehtib magnetosakesteta või vabas ruumis olevate solenoidide kohta. Magnetkonstant on 1,257 × 10-6 H / m.
Themagnetiline läbilaskvusmaterjali omadus on selle võime toetada magnetvälja teket. Mõned materjalid on paremad kui teised, seega on läbilaskvus magnetiseerumise aste, mida materjal kogeb vastusena magnetväljale. Suhteline läbilaskvusμr ütleb meile, kui palju see vaba ruumi või vaakumi suhtes suureneb.
\ mu = \ mu_r \ mu_0
kusμon magnetiline läbilaskvus jaμr on suhtelisus. See ütleb meile, kui palju magnetväli suureneb, kui solenoidil on läbi selle materiaalne südamik. Kui asetame magnetmaterjali, näiteks raudvarda, ja solenoid on selle ümber mähitud, koondab raudvarda magnetvälja ja suurendab magnetvoo tihedustB. Materiaalse südamikuga solenoidi jaoks saame solenoidi valemi
B = \ mu (N / l) I
Arvutage solenoidi induktiivsus
Elektrolülituste solenoidide üks peamisi eesmärke on takistada muutusi elektriahelates. Kui elektrivool voolab läbi mähise või solenoidi, tekitab see magnetvälja, mille tugevus aja jooksul kasvab. See muutuv magnetväli indutseerib kogu voolu vastandava elektromotoorjõu. Seda nähtust nimetatakse elektromagnetiliseks induktsiooniks.
Induktiivsus,Lon indutseeritud pinge suhevja voolu muutuse kiirusMina.
L = -v \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg) ^ {- 1}
Lahendaminevsellest saab
v = -L \ frac {dI} {dt}
Solenoidi induktiivsuse tuletamine
Faraday seadusütleb meile indutseeritud elektromagnetvälja tugevuse vastusena muutuvale magnetväljale
v = -nA \ frac {dB} {dt}
kus n on pöörete arv mähises jaAon mähise ristlõikepindala. Diferentseerides solenoidvõrrandit aja suhtes, saame
Asendades selle Faraday seaduseks, saame indutseeritud EMF-i pika solenoidi jaoks,
v = - \ bigg (\ frac {\ mu N ^ 2 A} {l} \ bigg) \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg)
Selle asendaminev = −L (dMina/ dt)saame
L = \ frac {\ mu N ^ 2 A} {l}
Me näeme induktiivsustLsõltub mähise geomeetriast - pöörete tihedusest ja ristlõikepindalast - ning mähise materjali magnetilisest läbilaskvusest.
