磁與磁場
螺線管(solenoid)
/ SOH-luh-noid /
螺線管是把導線繞成一長條、緊密纏繞的線圈,像彈簧或彈簧玩具的內部。當電流通過它時,它就變成一塊電磁鐵:整個線圈在中央產生一個強而極為均勻的磁場,就像條形磁鐵,但這一塊你可以隨意開關。它回答的問題是:我們如何製造出可控且均勻的磁場?
在長螺線管內部,每一圈的磁力線相互疊加,整齊地沿著軸線平行前進;而在外部它們散開並幾乎抵消,使外部磁場很弱。把安培定律用在長而緊繞的螺線管上,得到內部磁場 B = mu_0 n I,其中 I 是電流,n 是單位長度的匝數(總匝數除以長度)。注意磁場不取決於線圈的直徑,也不取決於你在內部的哪個位置,只取決於纏得多緊與電流多大;這正是為什麼內部磁場如此均勻。
螺線管無所不在:它們是撥動洗衣機閥門、電子門鎖的鎖栓、以及汽車引擎起動器的「肌肉」,把電脈衝轉換成機械推力。在裡面插入鐵芯,磁場會大幅增強,形成起重機與 MRI 機器所用的強力電磁鐵。此外,由於螺線管會抗拒自身電流的改變,它也是電路中電感器(inductor)的基本形式。
一個每公尺 1000 匝、載有 2 A 電流的螺線管,內部磁場為 B = mu_0 n I = (4 pi 乘 10^-7)(1000)(2),約 0.0025 T,且沿整個內部都均勻。
內部 B = mu_0 n I:只由單位長度匝數與電流決定,與直徑無關。
整潔的公式 B = mu_0 n I 是針對理想的、無限長的螺線管。在真實的有限線圈中,磁場在開口兩端附近會變弱並向外鼓出,不過在深處內部仍幾乎均勻。
又称
另见