Solenoide

Solenoidea, bere barnealdean eremu magnetiko oso uniformea eta bizia eta kanpoaldean oso ahula sortzeko gai den edozein gailu fisiko da. Normalean kiribilkaturiko hari eroalea izaten da, zabal baino luzeago den zilindro forma duena.

Etimologia

Solenoide terminoa André-Marie Ampère-k 1823an asmatu zuen helize eran biribildutako hari eroale bat izendatzeko.

Terminoa "solen" (hodi) eta "eidos" (itxurakoa) hitz grekoetatik dator. Hots,bere esanahia "hodi forma duena" da.

1. irudia: Solenoide.

Definizioak eta ezaugarriak

Solenoide ideala uniformeki harilkatutako sekzio zirkularreko hari infinituki luzea izango litzateke. Kasu teoriko honetan, eremu magnetikoa uniformea izango litzateke bere barnean eta nulua kanpoan.

Praktikan, solenoide baten hurbilketa erreal bat, alanbre isolatu bat da, luzera finitukoa, helize forman bildua (Harila). Haritik korronte elektriko bat ezartzen denean, eremu magnetiko bat sortzen da bobinaren barruan, zenbat eta luzeagoa izan bobina, orduan eta uniformeagoa. Solenoidearen abantaila, fisikako esperimentu batzuetan eskatzen den uniformetasun horretan datza.

2. irudia: Solenoide baten ezaugarriak.

Solenoide erreal baten ezaugarriak:

d: sekzioaren diametroa

S: sekzioaren azalera, S=π(d/2)²

L: luzera

N: espira kopurua

n: luzera unitateko espira kopurua n = N/L

I: haritik iragaten den korronte elektrikoaren intentsitatea

Solenoide batek sortutako eremu magnetikoa

Azterketa kualitatiboa

3. irudian espira zirkular batek sortzen duen eremu magnetikoaren indar-lerroak ikus daitezke.

3. irudia: Espira zirkular batek sortutako eremu magnetikoaren indar-lerroak

Solenoide bat elkarren ondoan kokaturik dauden horrelako espira zirkular askoz osatuta dagoela kontsidera daiteke. Gainezarmenaren printzipioa erabiliz eremu erresultantea espira zirkular guztien eremuen batura da eta , ondorioz, irudian agertzen diren indar-lerroak sortuko dira.

4. irudia: Solenoide batek sortutako eremu magnetikoaren indar-lerroak.

Ikusten denez, solenoidearen barruko puntuetan eremua gutxi gorabehera uniformea eta ardatzarekiko paraleloa da eta kanpoko puntuetan oso ahula.

Azterketa kuantitatiboa

Solenoidea ideala dela suposatuz; hots, kanpoan eremua nulua eta barruan uniformea dela suposatuz, Ampère-ren legea aplika daiteke eremuaren balioa kalkulatzeko. (André-Marie Ampère)

Horretarako kontsidera dezakegu 5. irudian agertzen den laukizuzen erako ibilbide itxia c.

5. irudia: Laukizuzen formako ibilbide itxia Ampère-ren legearen bidez solenoide ideal baten eremu magnetikoa kalkulatzeko.

${\oint }_c\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}={\mu }_0{I}_{inguratua}$

${\oint }_c\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}=\underset{M}{\overset{N}{\int }}\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}+\underset{N}{\overset{P}{\int }}\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}+\underset{P}{\overset{Q}{\int }}\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}+\underset{Q}{\overset{M}{\int }}\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}=$

$=0+0+0+\underset{Q}{\overset{M}{\int }}\overrightarrow{B}\cdot \overrightarrow{dl}=\underset{Q}{\overset{M}{\int }}Bdlcos0=Bl$

${\mu }_0{I}_{inguratua}={\mu }_{0}nlI$

$\Rightarrow Bl={\mu }_{0}nlI\Rightarrow B={\mu }_{0}nI$

Nahiz eta solenoide ideal baterako deduzitu, eremuaren adierazpen analitiko hau onar daiteke solenoide erreal baterako, suposatuz luzera handia dela diametroarekin konparatuz eta batez ere solenoidearen ardatzaren hurbil dauden puntuetarako.

Kalkuluan hutsaren iragazkortasun magnetikoa μ₀ kontsideratu dugu; solenoidearen barneko espazioan beste material mota baldin badago bero iragazkortaun magnetikoa μ erabili beharko genuke.

Solenoide baten autoindukzioa

Demostratu daiteke solenoidearen autoindukzioa hau da: $L_{solenoide}=\mu \frac{S{N}^2}{L}$, non µ ingurunearen iragazkortasun magnetikoa baita.

Kanpo estekak

Txantiloi:Zirkuitu elektrikoak aurkibidea