סולנואיד הוא סליל חוט שאורכו באופן משמעותי מקוטרו המייצר שדה מגנטי כאשר זרם עובר דרכו. בפועל, סליל זה נכרך סביב ליבה מתכתית ועוצמת השדה המגנטי תלוי בצפיפות הסליל, בזרם העובר דרך הסליל ובתכונות המגנטיות של הליבה.
זה הופך סולנואיד לסוג של אלקטרומגנט, שמטרתו ליצור שדה מגנטי מבוקר. ניתן להשתמש בשדה זה למטרות שונות בהתאם למכשיר, החל בשימוש לייצור שדה מגנטי כאלקטרומגנט, כדי לעכב את שינויי הזרם כמשרן, או להמיר את האנרגיה השמורה בשדה המגנטי לאנרגיה קינטית כמנוע חשמלי.
שדה מגנטי של נגזרת סולנואיד
ניתן למצוא את השדה המגנטי של נגזרת סולנואיד באמצעותחוק אמפר. אנחנו מקבלים
Bl = \ mu_0 NI
איפהבהאם צפיפות השטף המגנטי,lהוא אורכו של הסולנואיד, μ0 הוא הקבוע המגנטי או החדירות המגנטית בוואקום,נהוא מספר הסיבובים בסליל, ואניהוא הזרם דרך הסליל.
מחלקים לאורךl, אנחנו מקבלים
B = \ mu_0 (N / l) I
איפהN / lהאם ההופך צפיפותאו מספר הסיבובים ליחידת אורך. משוואה זו חלה על סולנואידים ללא ליבות מגנטיות או במרחב פנוי. הקבוע המגנטי הוא 1.257 × 10-6 H / m.
החדירות מגנטיתשל חומר הוא יכולתו לתמוך ביצירת שדה מגנטי. יש חומרים טובים יותר מאחרים, ולכן החדירות היא מידת המגנטיזציה שחומר חווה בתגובה לשדה מגנטי. החדירות היחסית
\ mu = \ mu_r \ mu_0
איפהμהיא החדירות המגנטית ו-μר היא תורת היחסות. זה אומר לנו עד כמה השדה המגנטי גדל אם לסולנואיד עובר דרכו הליבה החומרית. אם הנחנו חומר מגנטי, למשל מוט ברזל, והסולנואיד נכרך סביבו, מוט הברזל ירכז את השדה המגנטי ויגדיל את צפיפות השטף המגנטי.ב. עבור סולנואיד עם ליבת חומר, אנו מקבלים את נוסחת הסולנואיד
B = \ mu (N / l) אני
חשב אינדוקציה של סולנואיד
אחת המטרות העיקריות של סולנואידים במעגלים חשמליים היא לעכב שינויים במעגלים חשמליים. כשזרם חשמלי זורם דרך סליל או סולנואיד, הוא יוצר שדה מגנטי שצומח בכוח לאורך זמן. שדה מגנטי משתנה זה גורם לכוח אלקטרומוטורי על פני הסליל המתנגד לזרימה הנוכחית. תופעה זו מכונה אינדוקציה אלקטרומגנטית.
ההשראות,ל, הוא היחס בין המתח המושרהv, וקצב השינוי בזרםאני.
L = -v \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg) ^ {- 1}
פותר עבורvזה הופך להיות
v = -L \ frac {dI} {dt}
נגזרת השראות של סולנואיד
חוק פאראדייאומר לנו את חוזק ה- EMF המושרה בתגובה לשדה מגנטי משתנה
v = -nA \ frac {dB} {dt}
כאשר n הוא מספר הסיבובים בסליל ו-אהוא שטח החתך של הסליל. אנו מבדילים את משוואת הסולנואיד ביחס לזמן
כאשר אנו מחליפים זאת בחוק פאראדיי, אנו מקבלים את ה- EMF המושרה לסולנואיד ארוך,
v = - \ bigg (\ frac {\ mu N ^ 2 A} {l} \ bigg) \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg)
החלפת זה ל-v = −L (דאני/ דt)אנחנו מקבלים
L = \ frac {\ mu N ^ 2 A} {l}
אנו רואים את ההשראותלתלוי בגיאומטריה של הסליל - צפיפות הסיבובים ושטח החתך - ובחדירות המגנטית של חומר הסליל.