Lekcja 3 — Pole magnetyczne cewki (zwojnicy)

1. Czym jest cewka?

Cewka to przewód nawinięty w postaci wielu zwojów na cylindrycznym rdzeniu lub bez rdzenia.

Gdy płynie przez nią prąd, wytwarza silne i uporządkowane pole magnetyczne.

Cewki są wykorzystywane w:

* elektromagnesach,

* silnikach i głośnikach,

* przekaźnikach,

* urządzeniach elektronicznych.

2. Pole magnetyczne wewnątrz i na zewnątrz cewki

a) Wewnątrz cewki

Pole jest:

* prawie jednorodne,

* skierowane wzdłuż osi cewki,

* silne i skoncentrowane.

Przykładowy schemat:

→→→→→
→→→→→   (wnętrze cewki)
→→→→→

b) Na zewnątrz cewki

Pole jest słabsze i rozbieżne.

Układ linii pola przypomina magnes sztabkowy:

* jeden koniec to biegun N,

* drugi to biegun S.

Dlatego cewka może działać jako elektromagnes.

3. Określanie biegunów cewki

Aby ustalić, który koniec cewki jest północny (N), a który południowy (S), używa się:

* reguły prawej dłoni (omówiona w Lekcji 4).

4. Wzór na indukcję pola magnetycznego wewnątrz długiej cewki

$$B = \mu_0 \cdot n \cdot I$$

gdzie:

* $B$ — indukcja pola magnetycznego,

* $I$ — natężenie prądu,

* $n$ — liczba zwojów na jednostkę długości,

* $\mu_0$ — przenikalność magnetyczna próżni.

Wnioski:

* większy prąd → silniejsze pole,

* więcej zwojów na długość → silniejsze pole,

* rdzeń ferromagnetyczny wzmacnia pole (wtedy używamy $\mu = \mu_0 \mu_r$).

5. Zastosowania cewek

* elektromagnesy,

* przekaźniki, styczniki,

* głośniki, silniki,

* medyczne skanery MRI (cewki nadprzewodzące).

Cewka to jeden z najważniejszych elementów elektrotechniki — pozwala zamienić energię elektryczną na silne pole magnetyczne.

Zadania – Lekcja 3: Pole magnetyczne cewki (zwojnicy)

1. (TAK/NIE) Cewka wytwarza pole magnetyczne tylko wtedy, gdy płynie przez nią prąd.

2. (TAK/NIE) Pole magnetyczne wewnątrz cewki jest prawie jednorodne.

3. (TAK/NIE) Linie pola magnetycznego na zewnątrz cewki układają się tak samo jak w magnesie sztabkowym.

4. Wskaż, które stwierdzenie poprawnie opisuje pole wewnątrz cewki:

a) jest bardzo słabe i chaotyczne

b) jest uporządkowane i skierowane wzdłuż osi cewki

c) ma kształt okręgów wokół cewki

5. Wskaż, które stwierdzenie poprawnie opisuje pole na zewnątrz cewki:

a) jest silniejsze niż wewnątrz cewki

b) przypomina pole magnesu sztabkowego

c) jest jednorodne

6. Oblicz indukcję pola magnetycznego wewnątrz cewki:

Dane:

$I = 2\,\text{A}$

$n = 400\,\text{zwojów/m}$

$\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}\,\text{H/m}$

Oblicz $B$.

7. Jeśli liczba zwojów na jednostkę długości zostanie podwojona, a prąd pozostanie ten sam, to indukcja pola magnetycznego:

a) zmaleje dwa razy

b) pozostanie taka sama

c) wzrośnie dwa razy

8. (TAK/NIE) Aby określić bieguny cewki, używa się reguły prawej dłoni.

—

Klucz odpowiedzi

• TAK
• TAK
• TAK
• b
• b
• $B \approx 1{,}0 \cdot 10^{-3}\,\text{T}$
• c
• TAK