Nkag Siab Txog Cov Nroj Tsuag Sib Nqus Hauv Cov Hlau Uas Nqa Tam Sim No
Pendahuluuan
Cov teb sib nqus yog ib qho xwm txheej ntuj tsim uas tau ua rau tib neeg xav tsis thoob rau ntau pua xyoo. Ib txoj hauv kev los tsim cov teb sib nqus yog los ntawm kev xa cov hluav taws xob hla cov xov hlau. Qhov xwm txheej no tau pom thawj zaug los ntawm Hans Christian Ørsted hauv xyoo 1820, uas tau ua pov thawj tias cov hluav taws xob tuaj yeem tsim cov teb sib nqus. Tsab xov xwm no yuav nkag mus tob dua rau hauv cov teb sib nqus uas tsim los ntawm cov xov hlau nqa tam sim no, nws cov cai, thiab nws cov kev siv hauv lub neej txhua hnub.
Nkag Siab Txog Cov Nroj Tsuag Sib Nqus Thiab Cov Ntsiab Lus Yooj Yim
Lub zog sib nqus yog qhov chaw nyob ib puag ncig lub zog sib nqus lossis cov hluav taws xob uas ntws, uas ua rau muaj lub zog sib nqus rau lwm cov khoom siv hauv lub zog ntawd. Lub zog no yog sawv cev los ntawm cov kab sib nqus uas tawm ntawm sab qaum teb ntawm lub zog sib nqus thiab nkag mus rau sab qab teb ntawm lub zog sib nqus. Qhov ze dua cov kab sib nqus no nyob, qhov muaj zog dua.
Thaum ib qho hluav taws xob ntws los ntawm ib qho conductor, xws li ib txoj hlua, nws tsim ib lub magnetic field ncig lub hlua. Kev coj ntawm lub field tuaj yeem txiav txim siab los ntawm kev siv txoj cai sab tes xis, qhov twg tus ntiv tes xoo ntawm sab tes xis taw rau hauv qhov kev coj ntawm lub electric tam sim no, thiab lwm cov ntiv tes, uas tau curled, qhia txog kev coj ntawm lub magnetic field.
Txoj Cai Biot-Savart
Ib qho ntawm cov kev cai lij choj tseem ceeb uas piav qhia txog lub zog sib nqus uas tsim los ntawm hluav taws xob yog Txoj Cai Biot-Savart. Txoj cai no tau muab lub npe tom qab ob tug kws tshawb fawb Fabkis, Jean-Baptiste Biot thiab Félix Savart, uas thawj zaug tau tsim nws thaum ntxov xyoo pua 19th.
Tus qauv Biot-Savart hais tias lub zog sib nqus (dB) ntawm ib qho chaw hauv qhov chaw uas tsim los ntawm lub zog tam sim no infinitesimal (Idl) yog:
\[ dB = \frac{{\mu_0}}{{4\pi}} \frac{{Idl \times \hat{r}}}{{r^2}} \]
Qhov twg:
- \( dB \) yog ib qho teb sib nqus infinitesimal.
– \( \mu_0 \) yog qhov permeability tas mus li ntawm lub tshuab nqus tsev, nws tus nqi yog li \( 4\pi \times 10^{-7} \) Tm/A.
- \( Kuv \) yog lub zog hluav taws xob.
- \( dl \) yog qhov ntev ntawm cov xov hlau conducting.
- \( \hat{r} \) yog lub vector unit ntawm lub ntsiab lus tam sim no mus rau qhov chaw soj ntsuam.
- \( r \) yog qhov deb ntawm qhov tam sim no thiab qhov chaw soj ntsuam.
Los ntawm kab zauv no, peb tuaj yeem pom tias lub zog sib nqus uas tsim los ntawm hluav taws xob tam sim no yog sib npaug ncaj qha rau qhov loj ntawm tam sim no thiab sib npaug rau lub xwmfab ntawm qhov deb ntawm cov hlau.
Txoj Cai Ampere
Ntxiv rau Txoj Cai Biot-Savart, Txoj Cai Ampère kuj tseem ceeb rau kev nkag siab txog lub zog sib nqus nyob ib puag ncig cov xov hlau uas nqa tam sim no. Txoj cai no tau tsim thawj zaug los ntawm André-Marie Ampère hauv xyoo 1826. Txoj Cai Ampère hais tias kab sib xyaw ntawm lub zog sib nqus (B) raws txoj kev kaw (lub voj voog) yog sib npaug rau tag nrho cov tam sim no ntws los ntawm lub voj voog. Kev suav lej, nws yog qhia raws li:
\[ \point B \cdot dl = \mu_0 I_{\text{total}} \]
Qhov twg:
- \( B \) yog lub teb sib nqus.
- \( dl \) yog qhov ntev ntawm txoj kev kaw.
- \( Kuv_{\text{total}} \) yog tag nrho cov tam sim no ntws los ntawm txoj kev kaw.
Txoj cai Ampere muaj txiaj ntsig zoo heev rau kev xam cov teb sib nqus rau cov qauv geometries xws li cov xov hlau ncaj, solenoids, thiab toroids.
Lub Zog Sib Nqus Nyob Ib Ncigs Ib Txoj Hlau Uas Nqa Tam Sim No Ncaj Qha
Hauv ib txoj hlua ntev ncaj nrog tam sim no \(I \), lub zog sib nqus nyob ib puag ncig nws tuaj yeem suav tau siv Ampere's Law. Xav tias peb xaiv txoj kev voj voog ntawm lub vojvoog \(r \) nyob nruab nrab ntawm txoj hlua, lub zog sib nqus \(B \) ntawm qhov deb \(r \) ntawm txoj hlua yuav tas li raws txoj kev ntawd. Los ntawm kev hloov Ampere's Law, peb tau txais:
\[ B \cdot 2\pi r = \mu_0 I \]
Yog li, lub zog sib nqus nyob ib puag ncig cov xov hlau ncaj yog:
\[ B = \frac{{\mu_0 I}}{{2\pi r}} \]
Qhov no qhia tau hais tias lub zog sib nqus yog sib npaug rau qhov tam sim no ntws los ntawm cov hlau thiab sib npaug rau qhov deb ntawm cov hlau.
Lub zog sib nqus nyob ib puag ncig Solenoid
Lub solenoid yog ib lub kauj hlau ntev, feem ntau yog cylindrical, uas tsim ib lub zog magnetic thaum lub hluav taws xob ntws los ntawm nws. Lub zog magnetic hauv lub solenoid yuav luag sib npaug thiab tuaj yeem suav los ntawm kev siv Ampere's Law. Yog tias lub solenoid muaj \(n\) tig ib chav ntev thiab lub zog \(I\) ntws los ntawm lub xaim, lub zog magnetic hauv lub solenoid yog:
\[ B = \mu_0 n I \]
Lub teb sib nqus sab nraum lub solenoid tuaj yeem tsis quav ntsej vim nws tsis muaj zog heev piv rau lub teb sab hauv.
Cov Kev Siv Hluav Taws Xob Sib Nqus ntawm Cov Hlau Uas Nqa Tam Sim No
Kev nkag siab txog cov teb sib nqus uas tsim los ntawm cov hluav taws xob yog qhov tseem ceeb rau ntau yam thev naus laus zis niaj hnub no:
1. Lub tshuab hloov pauv
Cov transformers yog cov khoom siv siv los hloov qhov hluav taws xob. Lawv ua haujlwm raws li lub hauv paus ntsiab lus ntawm electromagnetic induction, qhov twg lub zog sib nqus hloov pauv ua rau muaj hluav taws xob hauv ib txoj hlua. Lub transformer muaj ob lub kauj hlau, ib lub thawj thiab ib lub thib ob, qhwv ib ncig ntawm lub hauv paus hlau. Thaum cov hluav taws xob ntws los ntawm lub kauj thawj, lub zog sib nqus uas tshwm sim ua rau muaj hluav taws xob hauv lub kauj thib ob.
2. Cov Tsav Tsheb Hluav Taws Xob thiab Cov Generators
Cov tshuab hluav taws xob hloov lub zog hluav taws xob mus ua lub zog siv tshuab siv lub hauv paus ntsiab lus ntawm cov teb sib nqus. Thaum tam sim no ntws los ntawm ib lub kauj hlau hauv lub tshuab, lub teb sib nqus uas tshwm sim cuam tshuam nrog lub teb sib nqus ntawm lub hlau nplaum ruaj khov, tsim lub zog uas tig lub rotor. Ntawm qhov tod tes, lub tshuab hluav taws xob hloov lub zog siv tshuab mus ua lub zog hluav taws xob los ntawm kev tig ib lub kauj hlau hauv lub teb sib nqus.
3. Solenoids thiab Electromagnets
Cov Solenoids siv rau ntau yam kev siv, xws li relays, solenoid valves, thiab actuators. Thaum cov hluav taws xob ntws los ntawm solenoid, lub zog magnetic teb muaj zog tsim nyob rau hauv nws, uas tuaj yeem siv los txav lub plunger lossis lwm yam mechanism. Electromagnets tuaj yeem siv rau hauv cov khoom siv nqa, electromagnetic braking, thiab cov khoom siv MRI hauv kev kho mob.
4. Hlau Superconducting
Cov khoom siv superconductors yog cov khoom siv uas tsis muaj kev tiv thaiv thaum kub tsawg heev. Thaum cov hluav taws xob ntws los ntawm cov xov hlau superconducting, nws tuaj yeem tsim lub zog sib nqus muaj zog heev yam tsis poob zog. Qhov no muaj txiaj ntsig zoo heev hauv kev siv tshuab MRI, cov khoom siv ua kom nrawm dua, thiab kev tsim cov reactors nuclear fusion.
Xaus
Kev nkag siab txog cov teb sib nqus uas tsim los ntawm cov xov hlau uas nqa tam sim no yog lub hauv paus rau ntau yam xwm txheej thiab kev siv ntawm cov khoom siv niaj hnub no. Txij li cov kev cai lij choj tseem ceeb xws li Biot-Savart thiab Ampère txoj cai mus rau kev xam cov teb sib nqus hauv cov qauv nyuaj dua, cov ntsiab cai no pab peb tsim ntau yam thev naus laus zis hloov pauv lub ntiaj teb. Los ntawm kev tshawb fawb thiab kev tsim kho tshiab hauv daim teb no, peb tuaj yeem cia siab tias yuav pom ntau daim ntawv thov thev naus laus zis uas vam khom cov teb sib nqus hauv lub neej txhua hnub.
