Solenoida adalah kumparan kawat yang secara substansial lebih panjang dari diameternya yang menghasilkan medan magnet ketika arus melewatinya. Dalam prakteknya, kumparan ini melilit inti logam dan kekuatan medan magnet tergantung pada kerapatan kumparan, arus yang melewati kumparan dan sifat magnetik dari inti.
Hal ini membuat solenoida sejenis elektromagnet, yang tujuannya adalah untuk menghasilkan medan magnet yang terkontrol. Medan ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan tergantung pada perangkatnya, mulai dari digunakan untuk membangkitkan medan magnet sebagai elektromagnet, untuk menghambat perubahan arus sebagai induktor, atau untuk mengubah energi yang tersimpan dalam medan magnet menjadi energi kinetik sebagai motor listrik.
Medan Magnet dari Derivasi Solenoid
Medan magnet dari turunan solenoida dapat ditemukan dengan menggunakanHukum Ampere. Kita mendapatkan
Bl=\mu_0 NI
dimanaBadalah kerapatan fluks magnet,akuadalah panjang solenoida,0 adalah konstanta magnetik atau permeabilitas magnetik dalam ruang hampa,
tidakadalah jumlah lilitan pada kumparan, dansayaadalah arus yang melalui kumparan.Membagi seluruh olehaku, kita mendapatkan
B=\mu_0(T/l) I
dimanaT/Ladalahternyata kepadatanatau jumlah lilitan per satuan panjang. Persamaan ini berlaku untuk solenoida tanpa inti magnetik atau di ruang bebas. Konstanta magnetik adalah 1,257 × 10-6 H/m.
Itupermeabilitas magnetiksuatu bahan adalah kemampuannya untuk mendukung pembentukan medan magnet. Beberapa bahan lebih baik daripada yang lain, sehingga permeabilitas adalah tingkat magnetisasi yang dialami bahan sebagai respons terhadap medan magnet. Permeabilitas relatifμr memberitahu kita berapa banyak ini meningkat sehubungan dengan ruang bebas atau ruang hampa.
\mu = \mu_r \mu_0
dimanaμadalah permeabilitas magnetik danμr adalah relativitas. Ini memberitahu kita seberapa besar medan magnet meningkat jika solenoida memiliki inti material yang melewatinya. Jika kita menempatkan bahan magnet, misalnya batang besi, dan solenoida melilitnya, batang besi akan memusatkan medan magnet dan meningkatkan kerapatan fluks magnet.B. Untuk solenoida dengan inti material, kami mendapatkan rumus solenoida
B=\mu (T/l) I
Hitung Induktansi Solenoid
Salah satu tujuan utama solenoida dalam rangkaian listrik adalah untuk menghambat perubahan dalam rangkaian listrik. Saat arus listrik mengalir melalui kumparan atau solenoida, ia menciptakan medan magnet yang semakin kuat seiring waktu. Medan magnet yang berubah ini menginduksi gaya gerak listrik melintasi kumparan yang melawan aliran arus. Fenomena ini dikenal sebagai induksi elektromagnetik.
induktansi,L, adalah perbandingan antara tegangan induksiv, dan laju perubahan arussaya.
L=-v\bigg(\frac{dI}{dt}\bigg)^{-1}
Memecahkan untukvini menjadi
v=-L\frac{dI}{dt}
Menurunkan Induktansi dari Solenoid
Hukum Faradaymemberi tahu kita kekuatan EMF yang diinduksi sebagai respons terhadap medan magnet yang berubah
v=-nA\frac{dB}{dt}
di mana n adalah jumlah lilitan dalam kumparan danSEBUAHadalah luas penampang kumparan. Membedakan persamaan solenoida terhadap waktu, kita dapatkan
Substitusi ini ke dalam Hukum Faraday, kita mendapatkan EMF induksi untuk solenoida panjang,
v=-\bigg(\frac{\mu N^2 A}{l}\bigg)\bigg(\frac{dI}{dt}\bigg)
Substitusikan ini kev = L(dsaya/dt)kita mendapatkan
L=\frac{\mu N^2 A}{l}
Kami melihat induktansiLtergantung pada geometri kumparan – kerapatan lilitan dan luas penampang – dan permeabilitas magnetik bahan kumparan.