Solenoīds ir stieples spole, kas ir ievērojami garāka par tā diametru un kas rada magnētisko lauku, kad strāva iet caur to. Praksē šī spole ir aptīta ap metāla serdi un magnētiskā lauka stiprumu atkarīgs no spoles blīvuma, strāvas, kas iet caur spoli, un magnētiskās īpašības kodols.
Tas padara solenoīdu par elektromagnēta veidu, kura mērķis ir radīt kontrolētu magnētisko lauku. Šo lauku var izmantot dažādiem mērķiem atkarībā no ierīces, sākot no tā, lai magnētiskā lauka radītu kā elektromagnētu, kavēt strāvas izmaiņas kā induktors vai pārveidot magnētiskajā laukā uzkrāto enerģiju par kinētisko enerģiju kā elektromotoru.
Solenoīda atvasinājuma magnētiskais lauks
Solenoīda atvasinājuma magnētisko lauku var atrast, izmantojotAmpēra likums. Mēs saņemam
Bl = \ mu_0 NI
kurBir magnētiskās plūsmas blīvums,lir solenoīda garums, μ0 ir magnētiskā konstante vai magnētiskā caurlaidība vakuumā,Nir pagriezienu skaits spolē unEsir strāva caur spoli.
Dalot visāl, mēs saņemam
B = \ mu_0 (N / l) I
kurN / lirpagriežas blīvums
vai pagriezienu skaits uz garuma vienību. Šis vienādojums attiecas uz solenoīdiem bez magnētiskiem serdeņiem vai brīvā telpā. Magnētiskā konstante ir 1,257 × 10-6 H / m.Themagnētiskā caurlaidībamateriāla ir tā spēja atbalstīt magnētiskā lauka veidošanos. Daži materiāli ir labāki nekā citi, tāpēc caurlaidība ir tā magnetizācijas pakāpe, kuru materiāls piedzīvo, reaģējot uz magnētisko lauku. Relatīvā caurlaidībaμr stāsta mums, cik tas palielinās attiecībā pret brīvo vietu vai vakuumu.
\ mu = \ mu_r \ mu_0
kurμir magnētiskā caurlaidība unμr ir relativitāte. Tas mums norāda, cik daudz magnētiskais lauks palielinās, ja solenoīdam caur to iet materiāls kodols. Ja mēs ievietosim magnētisku materiālu, piemēram, dzelzs stieni, un solenoīds ir aptīts ap to, dzelzs stienis koncentrēs magnētisko lauku un palielinās magnētiskās plūsmas blīvumuB. Solenoīdam ar materiāla serdi mēs iegūstam solenoīda formulu
B = \ mu (N / l) I
Aprēķiniet solenoīda induktivitāti
Viens no elektrisko ķēžu solenoīdu galvenajiem mērķiem ir kavēt izmaiņas elektriskajās ķēdēs. Kad elektriskā strāva plūst cauri spolei vai solenoīdam, tas rada magnētisko lauku, kura spēks laika gaitā pieaug. Šis mainīgais magnētiskais lauks inducē elektromotora spēku visā spolē, kas pretojas strāvas plūsmai. Šī parādība ir pazīstama kā elektromagnētiskā indukcija.
Induktivitāte,L, ir attiecība starp inducēto spriegumuv, un strāvas izmaiņu ātrumsEs.
L = -v \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg) ^ {- 1}
Atrisinotvtas kļūst
v = -L \ frac {dI} {dt}
Solenoīda induktivitātes atvasināšana
Faradejas likumsstāsta mums par inducētā EML stiprumu, reaģējot uz mainīgo magnētisko lauku
v = -nA \ frac {dB} {dt}
kur n ir pagriezienu skaits spolē unAir spoles šķērsgriezuma laukums. Diferencējot solenoīda vienādojumu attiecībā pret laiku, mēs iegūstam
Aizstājot to Faradejas likumā, mēs iegūstam inducēto EML garam solenoīdam,
v = - \ bigg (\ frac {\ mu N ^ 2 A} {l} \ bigg) \ bigg (\ frac {dI} {dt} \ bigg)
To aizstājot arv = −L (dEs/ dt)mēs saņemam
L = \ frac {\ mu N ^ 2 A} {l}
Mēs redzam induktivitātiLir atkarīgs no spoles ģeometrijas - pagriezienu blīvuma un šķērsgriezuma laukuma - un spoles materiāla magnētiskās caurlaidības.