Biot
Ο ηλεκτρομαγνητισμός είναι ένας κλάδος της φυσικής που ασχολείται με τη μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων. Είναι ένας τύπος αλληλεπίδρασης που συμβαίνει μεταξύ σωματιδίων που είναι ηλεκτρικά φορτισμένα στη φύση. Τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία αποτελούνται από ηλεκτρικά πεδία και μαγνητικά πεδία και μαζί παράγουν αυτό που είναι γνωστό ως ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η σύνδεση μεταξύ των δύο πεδίων είναι γνωστή ως νόμος Biot-Savart.
Ο Jean-Baptiste Biot και ο Felix Savart ήταν οι πρώτοι επιστήμονες που ανέπτυξαν μια θεωρία ότι υπάρχει σχέση μεταξύ ηλεκτρικών πεδίων και μαγνητικών πεδίων. Μαζί το 1820, κατέληξαν σε μια εξίσωση που απέδειξε ότι ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται παρουσία ηλεκτρικού ρεύματος. Ο νόμος Biot-Savart αποτελεί τη βάση της μαγνητοστατικής και είναι ο νόμος του Coulomb ισοδύναμο στη μαγνητοστατική. Ας ρίξουμε μια ματιά και ας καταλάβουμε περισσότερα σχετικά με τον νόμο Biot-Savart και τις εφαρμογές του.
Τι είναι ο νόμος Biot-Savart;
Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει σε έναν αγωγό ή οποιοδήποτε κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο έχει ρυθμιστεί να παράγει μαγνητικό πεδίο. Η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται σε οποιοδήποτε σημείο του κοντινού χώρου θεωρείται το άθροισμα όλων των επιρροών από κάθε μικρό αγωγό που μεταφέρει ρεύμα κοντά. Ο νόμος λέει ότι το μαγνητικό πεδίο σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου προέρχεται απευθείας από έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα, ανάλογα με πολλούς παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν το πεδίο. Οι παράγοντες είναι:
Πρώτον, η τιμή του μαγνητικού πεδίου σε οποιοδήποτε σημείο είναι ευθέως ανάλογη με δύο πράγματα – την τιμή του ρεύματος στον αγωγό και το μήκος του τμήματος που μεταφέρει ρεύμα .
Δεύτερον, η τιμή του πεδίου εξαρτάται επίσης από τη θέση του σημείου που αφορά το τμήμα του ρεύματος. Το πεδίο ορίζεται ως το μεγαλύτερο εάν η γραμμή από το σημείο προς το μικρότερο τμήμα ρεύματος βρίσκεται σε ορθή γωνία ως προς το τρέχον τμήμα. Το μαγνητικό πεδίο αρχίζει να μειώνεται εάν η γωνία μικραίνει και τελικά μηδενίζεται όταν το σημείο βρίσκεται στη γραμμή της οποίας μέρος είναι το τρέχον στοιχείο.
Τέλος, το μαγνητικό πεδίο επηρεάζεται από την απόσταση μεταξύ του σημείου και του τρέχοντος στοιχείου. Έχει διαπιστωθεί ότι αν η απόσταση είναι x μεταξύ τους τότε το πεδίο είναι x2 μικρότερο. Με απλά λόγια, η τιμή ενός μαγνητικού πεδίου είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή του μαγνητικού πεδίου.
Εφαρμογή του νόμου Biot- Savart
Υπάρχουν πολλές εφαρμογές του νόμου Biot-Savart, μερικές από αυτές είναι:
Η δύναμη μεταξύ δύο παράλληλων και μακρών αγωγών μεταφοράς ρεύματος:
Μπορούμε να δημιουργήσουμε μια σχέση ότι δύο μακριά και παράλληλα καλώδια μεταφοράς ρεύματος θα έλκονται μεταξύ τους εάν το ρεύμα είναι στην ίδια κατεύθυνση και θα απωθούνται μεταξύ τους εάν το ρεύμα είναι στην αντίθετη κατεύθυνση.
Θεωρήστε δύο παράλληλα σύρματα Α και Β, σε απόσταση d, που μεταφέρουν ρεύμα σε παρόμοια και αντίθετη κατεύθυνση. Όπου το ρεύμα κινείται προς την ίδια κατεύθυνση, το σύρμα Α παράγει ένα πεδίο Β1 σε όλα τα κοντινά σημεία. Το μέγεθος του B1 λόγω του ρεύματος I1 σε απόσταση d θα ήταν
Η κατεύθυνση F2 μπορεί να αξιολογηθεί χρησιμοποιώντας τον κανόνα του διανύσματος. Βρίσκεται στο επίπεδο ενώ δείχνει προς τα αριστερά.
Η κατεύθυνση της δύναμης είναι προς το Α εάν το I2 είναι στην ίδια κατεύθυνση με το I1 και είναι μακριά από το Α εάν είναι στην αντίθετη κατεύθυνση.
Η δύναμη ανά μονάδα μήκους του σύρματος Β είναι
Εάν το «i» είναι το ρεύμα που διαρρέει μια στροφή της ακτίνας του σύρματος «r», η μαγνητική επαγωγή στο κέντρο του πηνίου θα υπολογιστεί λόγω της ροής του ρεύματος μέσω του πηνίου.
Σε αυτή την περίπτωση, ως η εφαπτομένη στο μέσο και η ακτίνα που σχεδιάζονται στο σημείο σε μια κάθετη. Ως αποτέλεσμα αυτού, η μαγνητική επαγωγή λόγω του κυκλικού σύρματος θα είναι ίση με το άθροισμα της παραγόμενης μαγνητικής επαγωγής. Αυτό συμβαίνει επειδή όλη η μαγνητική επαγωγή θα ρέει προς την ίδια κατεύθυνση. Έτσι, η συνολική μαγνητική επαγωγή λόγω του ρεύματος που ρέει σε ολόκληρο το σύρμα προκύπτει με την ολοκλήρωση της παραπάνω εξίσωσης εντός ορίων από l =0 έως l =2πr
Σημασία του νόμου Biot-Savart
Ο νόμος είναι πολύ σχετικός όταν πρόκειται για μικρούς αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα.
Ο νόμος ισχύει για τη συμμετρική κατανομή ρεύματος.
Ο νόμος μοιάζει πολύ με τον νόμο του Coulomb στην ηλεκτροστατική.
Συμπέρασμα
Αυτό που συζητήσαμε λοιπόν σήμερα είναι ο νόμος Biot-Savart και γιατί ο νόμος είναι σημαντικά σημαντικός στον τομέα του ηλεκτρομαγνητισμού. Αφού εξετάσει κανείς την εφαρμογή του νόμου Biot-Savart, μπορεί εύκολα να κατανοήσει τη βασική έννοια του κανόνα. Το βασικό εύρημα είναι ότι το ρεύμα που ρέει μέσω ενός αγωγού ή οποιουδήποτε κινούμενου σωματιδίου που είναι ηλεκτρονικά φορτισμένο θα παράγει το μαγνητικό πεδίο. Η ποσότητα του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, οι οποίοι αποτελούν τον τύπο του νόμου Biot-Savart.
