Magnetno polje v
ravni dolgi tuljavi. Ravno tuljavo oblikuje N
enakih spiralnih zavojev žice na valju; dolžina in srednji premer
spirale sta l in d (slika 19).
Navitje takšne tuljave je po potrebi večslojno, s
čimer se ustrezno poveča število ovojev na dani dolžini, poveča pa
se tudi produkt NI, ki je odločilen za gostoto magnetnega
polja. Poseben primer tuljave je ravna dolga tuljava; o njej
govorimo, če je d <<
l. Pri dolgi tuljavi je magnetno polje v zunanjosti navitja v
poprečju mnogo šibkejše od tistega v notranjosti. V osrednjem delu
valja je vektor gostote magnetnega pretoka B usmerjen vzdolž
osi Z in ima tam skoraj konstantno vrednost, ki jo določa
komponenta
Z uporabo
Biot-Savartovega zakona se da dobiti točno formulo, ki pa velja le
za točke v osi tuljave in se glasi:
Kota
a1 in
a2, določa
geometrija tuljave in lega točke T v osi (slika 20).
Izkoristimo priliko
in formulo uporabimo pri ravni in dolgi tuljavi. Če nas zanima
magnetno polje nekje v sredini tuljave, kjer je najmočnejše, je kot
a1 skoraj
0 °, kot
a2 pa skoraj
180 °. Razlika kosinusov
kotov je približno 2, kar dá že znano formulo: Bz
@
m0NI
/ l. Iz predhodne enačbe tudi ni težko videti, da je magnetno
polje ob konceh dolge tuljave le še polovica tiste v sredini. V
točkah izven tuljave je gostota polja že občutno manjša.
Za boljšo predstavo
magnetnega polja toka v ravni tuljavi navajamo sliko gostotnic, ki
izhaja iz stroge uporabe Biot-Savartovega zakona (slika 21).
V sredini tuljave so
gostotnice skoraj vzporedne črte (homogeno polje), ob konceh pa se
redčijo, kar velja še toliko bolj v zunanjosti tuljave.
Zgled 6.
Ravna tuljava naj ima 125 dotikajočih zavojev izolirane žice
debeline 0,8 mm na tulcu premera 2 cm. Izračunajmo magnetno polje v
sredini in na konceh tuljave, če je tok skozi žico 200 mA!
Þ
Dolžina tuljave je 125×0,8
mm =
100 mm. Izračunajmo gostoto magnetnega pretoka v sredini tuljave s
približno formulo:
Nadaljujmo s točno formulo: izračunamo
oba kosinusa
nadalje pa še
Točen rezultat je za dva odstotka
manjši od približnega. Izračunajmo gostoto polja še ob koncu
tuljave. Ob desnem koncu tuljave sta kosinusa takšnale:
Gostota polja ob desnem (in enako tudi
ob levem) ustju tuljave je
kar je približno polovica gostote v
sredini tuljave.
Kako bi kratek izraz, ki je
zelo podoben formuli za polje v toroidni tuljavi, za silo
razumeli? Če bi gibek toroidni tuljavnik med koncema navitja
prerezali in raztegnili, bi njegov srednji obseg postal dolžina
ravne tuljave. Lastnost, da je magnetno polje le med ovoji, bi
sicer zbledela, gostota polja v njej pa se skoraj ne bi
spremenila (zato v enačbi tudi stoji znak »@«).
|