ప్రస్తుత-వాహక కాయిల్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం

స్థిర విద్యుత్ చార్జీల చుట్టూ ఉన్న ప్రదేశంలో ఒక ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఫీల్డ్ ఉన్నట్లయితే, కదిలే ఛార్జీల చుట్టూ ఉన్న ప్రదేశంలో (అలాగే మాక్స్వెల్ మొదట ప్రతిపాదించిన సమయ-విరుద్ధమైన విద్యుత్ క్షేత్రాల చుట్టూ) ఉనికిలో ఉంటుంది. అయిస్కాంత క్షేత్రం… ఇది ప్రయోగాత్మకంగా గమనించడం సులభం.

అయస్కాంత క్షేత్రానికి ధన్యవాదాలు, విద్యుత్ ప్రవాహాలు ఒకదానితో ఒకటి సంకర్షణ చెందుతాయి, అలాగే అయస్కాంతాలతో శాశ్వత అయస్కాంతాలు మరియు ప్రవాహాలు. విద్యుత్ పరస్పర చర్యతో పోలిస్తే, అయస్కాంత పరస్పర చర్య చాలా బలంగా ఉంటుంది. ఈ పరస్పర చర్యను ఆండ్రే-మేరీ ఆంపియర్ సరైన సమయంలో అధ్యయనం చేశారు.

భౌతిక శాస్త్రంలో, అయస్కాంత క్షేత్ర లక్షణం అయస్కాంత ప్రేరణ B మరియు అది పెద్దది, అయస్కాంత క్షేత్రం బలంగా ఉంటుంది. మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B అనేది వెక్టార్ పరిమాణం, దాని దిశ అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఏదో ఒక సమయంలో ఉంచబడిన సాంప్రదాయిక అయస్కాంత బాణం యొక్క ఉత్తర ధ్రువంపై పనిచేసే శక్తి యొక్క దిశతో సమానంగా ఉంటుంది - అయస్కాంత క్షేత్రం అయస్కాంత బాణాన్ని వెక్టార్ దిశలో ఓరియంట్ చేస్తుంది. B , అంటే, అయస్కాంత క్షేత్రం దిశలో .

మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ లైన్ యొక్క ఏదైనా బిందువు వద్ద వెక్టర్ B దానికి టాంజెన్షియల్‌గా దర్శకత్వం వహించబడుతుంది. అంటే, ఇండక్షన్ B కరెంట్‌పై అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క శక్తి ప్రభావాన్ని వర్గీకరిస్తుంది. విద్యుత్ క్షేత్రం కోసం శక్తి E ద్వారా ఇదే విధమైన పాత్ర పోషించబడుతుంది, ఇది ఛార్జ్పై విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క బలమైన చర్యను వర్ణిస్తుంది.

ఐరన్ ఫైలింగ్‌లతో సరళమైన ప్రయోగం అయస్కాంతీకరించిన వస్తువుపై అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క చర్య యొక్క దృగ్విషయాన్ని స్పష్టంగా ప్రదర్శించడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది, ఎందుకంటే స్థిరమైన అయస్కాంత క్షేత్రంలో ఫెర్రో అయస్కాంతం యొక్క చిన్న ముక్కలు (అటువంటి ముక్కలు ఐరన్ ఫైలింగ్‌లు) ఫీల్డ్ వెంట అయస్కాంతీకరించబడతాయి , అయస్కాంత బాణాలు, దిక్సూచి యొక్క చిన్న బాణాల వంటివి.

మీరు నిలువుగా ఉండే రాగి తీగను తీసుకుని, అడ్డంగా ఉంచిన కాగితపు షీట్ (లేదా ప్లెక్సిగ్లాస్ లేదా ప్లైవుడ్)లోని రంధ్రం గుండా నడిస్తే, ఆపై షీట్‌పై మెటల్ ఫైలింగ్‌లను పోసి, దానిని కొంచెం కదిలించి, ఆపై వైర్ ద్వారా డైరెక్ట్ కరెంట్‌ను నడపండి. ఫైలింగ్‌లు వైర్ చుట్టూ ఉన్న వృత్తాలలో, దానిలోని కరెంట్‌కు లంబంగా ఉండే విమానంలో సుడి రూపంలో ఎలా అమర్చుకుంటాయో చూడటం సులభం.

సాడస్ట్ యొక్క ఈ వృత్తాలు ప్రస్తుత-వాహక కండక్టర్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B యొక్క పంక్తుల యొక్క సాంప్రదాయిక ప్రాతినిధ్యంగా ఉంటాయి. ఈ ప్రయోగంలోని సర్కిల్‌ల కేంద్రం సరిగ్గా మధ్యలో, కరెంట్ మోసే వైర్ యొక్క అక్షం వెంట ఉంటుంది.

కరెంట్ మోసే వైర్‌లోని మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ వెక్టర్స్ దిశను గుర్తించడం సులభం గిమ్లెట్ నియమం ద్వారా లేదా కుడి చేతి స్క్రూ నియమం ప్రకారం: వైర్‌లోని కరెంట్ దిశలో స్క్రూ అక్షం యొక్క అనువాద కదలికతో, స్క్రూ లేదా గింబల్ హ్యాండిల్ యొక్క భ్రమణ దిశ (ఇన్ లేదా అవుట్ స్క్రూయింగ్) యొక్క దిశను సూచిస్తుంది కరెంట్ చుట్టూ అయస్కాంత క్షేత్రం.

గింబాల్ నియమం ఎందుకు వర్తించబడుతుంది? ఎందుకంటే రెండు మాక్స్‌వెల్ సమీకరణాలలో ఉపయోగించిన రోటర్ (క్షయం ద్వారా ఫీల్డ్ థియరీలో సూచించబడుతుంది) యొక్క పనిని అధికారికంగా వెక్టర్ ఉత్పత్తిగా (ఆపరేటర్ నబ్లాతో) వ్రాయవచ్చు మరియు ముఖ్యంగా వెక్టర్ ఫీల్డ్ యొక్క రోటర్‌ను ఇలా పోల్చవచ్చు ( ఇది ఒక సారూప్యత) ఆదర్శ ద్రవం యొక్క భ్రమణ కోణీయ వేగానికి (మాక్స్వెల్ స్వయంగా ఊహించినట్లుగా), దీని ప్రవాహ వేగం క్షేత్రం ఇచ్చిన వెక్టార్ ఫీల్డ్‌ను సూచిస్తుంది, కోణీయ వేగం కోసం వివరించబడిన ఈ నియమ సూత్రీకరణల ద్వారా రోటర్ కోసం ఉపయోగించవచ్చు.

ఈ విధంగా, మీరు వెక్టార్ ఫీల్డ్ వోర్టెక్స్ దిశలో బొటనవేలును తిప్పినట్లయితే, అది ఆ ఫీల్డ్ యొక్క రోటర్ వెక్టర్ దిశలో స్క్రూ అవుతుంది.

మీరు చూడగలిగినట్లుగా, ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ ఫీల్డ్ ఇంటెన్సిటీ రేఖల వలె కాకుండా, అంతరిక్షంలో తెరిచి ఉంటుంది, విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని చుట్టుముట్టే అయస్కాంత ప్రేరణ యొక్క పంక్తులు మూసివేయబడతాయి. ఎలెక్ట్రిక్ ఇంటెన్సిటీ E యొక్క పంక్తులు ధనాత్మక చార్జీలతో ప్రారంభమై ప్రతికూల చార్జీలతో ముగిస్తే, మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B యొక్క పంక్తులు వాటిని ఉత్పత్తి చేసే కరెంట్ చుట్టూ మూసివేయబడతాయి.

ఇప్పుడు ప్రయోగాన్ని క్లిష్టతరం చేద్దాం. కరెంట్‌తో స్ట్రెయిట్ వైర్‌కు బదులుగా, కరెంట్‌తో వంపుని పరిగణించండి. డ్రాయింగ్ యొక్క విమానానికి లంబంగా అటువంటి లూప్‌ను ఉంచడం మాకు సౌకర్యంగా ఉందని అనుకుందాం, కరెంట్ మన వైపు ఎడమవైపు మరియు కుడి వైపున ఉంటుంది. ఇప్పుడు అయస్కాంత సూదితో ఒక దిక్సూచిని ప్రస్తుత లూప్ లోపల ఉంచినట్లయితే, అప్పుడు అయస్కాంత సూది మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ రేఖల దిశను సూచిస్తుంది - అవి లూప్ యొక్క అక్షం వెంట దర్శకత్వం వహించబడతాయి.

ఎందుకు? కాయిల్ యొక్క విమానం యొక్క వ్యతిరేక భుజాలు అయస్కాంత సూది యొక్క ధ్రువాలకు సమానంగా ఉంటాయి కాబట్టి.B రేఖలు విడిచిపెట్టిన ఉత్తర అయస్కాంత ధ్రువం, అక్కడ అవి దక్షిణ ధ్రువంలోకి ప్రవేశిస్తాయి. మీరు మొదట కరెంట్ మోసే వైర్ మరియు దాని అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని పరిగణించి, ఆపై వైర్‌ను రింగ్‌లోకి తిప్పితే ఇది అర్థం చేసుకోవడం సులభం.

కరెంట్‌తో లూప్ యొక్క మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ దిశను నిర్ణయించడానికి, వారు గింబాల్ నియమాన్ని లేదా కుడి చేతి స్క్రూ నియమాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తారు. గింబాల్ యొక్క కొనను లూప్ మధ్యలో ఉంచండి మరియు దానిని సవ్యదిశలో తిప్పండి. గింబాల్ యొక్క అనువాద కదలిక లూప్ మధ్యలో ఉన్న మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ వెక్టర్ Bతో దిశలో సమానంగా ఉంటుంది.

సహజంగానే, కరెంట్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశ వైర్‌లోని కరెంట్ యొక్క దిశకు సంబంధించినది, అది స్ట్రెయిట్ వైర్ లేదా కాయిల్ కావచ్చు.

మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B నిష్క్రమణ రేఖలు (వెక్టర్ B యొక్క దిశ బాహ్యంగా ఉంటుంది) కరెంట్-వాహక కాయిల్ లేదా కాయిల్ వైపు ఉత్తర అయస్కాంత ధ్రువం మరియు పంక్తులు ప్రవేశించే చోట (వెక్టర్ B లోపలికి మళ్లించబడుతుంది) అని సాధారణంగా అంగీకరించబడింది. దక్షిణ అయస్కాంత ధ్రువం.

కరెంట్‌తో అనేక మలుపులు ఒక పొడవైన కాయిల్‌ను ఏర్పరుచుకుంటే - ఒక సోలనోయిడ్ (కాయిల్ యొక్క పొడవు దాని వ్యాసం కంటే చాలా రెట్లు ఎక్కువ), అప్పుడు దాని లోపల ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం ఏకరీతిగా ఉంటుంది, అంటే అయస్కాంత ప్రేరణ B యొక్క రేఖలు ఒకదానికొకటి సమాంతరంగా ఉంటాయి మరియు కలిగి ఉంటాయి. కాయిల్ మొత్తం పొడవులో అదే సాంద్రత. యాదృచ్ఛికంగా, శాశ్వత అయస్కాంతం యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం కరెంట్-వాహక కాయిల్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని బాహ్యంగా పోలి ఉంటుంది.

కరెంట్ I, పొడవు l, మలుపుల సంఖ్యతో ఉన్న కాయిల్ కోసం, వాక్యూమ్‌లోని అయస్కాంత ప్రేరణ సంఖ్యాపరంగా సమానంగా ఉంటుంది:

కాబట్టి, కరెంట్‌తో కాయిల్ లోపల ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం ఏకరీతిగా ఉంటుంది మరియు దక్షిణ ధ్రువం నుండి ఉత్తర ధ్రువానికి (కాయిల్ లోపల!) దర్శకత్వం వహించబడుతుంది. కాయిల్ లోపల మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ ప్రస్తుత-వాహక కాయిల్ యొక్క యూనిట్ పొడవుకు ఆంపియర్-టర్న్‌ల సంఖ్యకు మాడ్యులో అనుపాతంలో ఉంటుంది.