ソレノイドとトロイドは、電気の磁気効果を利用した磁場発生装置です。従来の磁石に対する主な利点は、それらを介して流れる電流の量を調整することによって磁気強度を変更できることです。永久磁石のようにオンとオフを切り替えることができるため、さまざまな用途に優れています。
ソレノイド
ソレノイドは、電磁石と同様に、コイルを密集したらせん状に巻いて磁場を生成します。長いソレノイドのらせんの長さは、らせんの半径よりも大幅に長くなります。コイルは、一定の磁場が生成されるように配置されています。
ソレノイドを構成するために使用されるワイヤは、2 ターンの磁気効果が衝突しないように絶縁されています。結果として、各ターンは電流ループと考えることができます。各通電ループの個々の磁場のベクトル和は、正味の磁場を生成します。以下は単純化されたソレノイドです:
トロイド
トロイドは、真ん中に丸い穴があるらせん構造です。ソリッド ボディの形状をした軸は、穴を介して回転することもできます。四角形は、例について議論している場合などに、サーフェスと交差しないように、そのエッジの 1 つに平行な軸に沿って回転します。中空の長方形断面リングが作成され、回転した図形が円のように見える場合、オブジェクトはトーラスと呼ばれます。
トロイドの外部磁場と内部磁場はどちらもゼロです。トロイド内の磁場は常に時計回りに回転しています。トロイドは一般に、さまざまな研究で、円形に曲げてそれ自体に巻き戻すことができるソレノイドのような構造として説明されています。トロイドには中空の円形リングが含まれており、コーティングされたワイヤーが多く巻き付けられており、2 つの巻きの間に隙間がほとんどないようにきつくねじることができるため、内側と外側の両方で磁場がゼロになります。トロイダル多面体は、代わりにトロイドという用語を使用して説明することもできます。状況によっては、トロイドが円形である必要はなく、複数の穴がある場合があります。
ソレノイドとトロイドの式
磁場はソレノイドの外側で形成されますが、トロイド内に含まれています。ソレノイド内の磁場は均一ですが、トロイド内の磁場は不均一です。
ソレノイドでは磁場は 0nI ですが、トロイドでは μNI2πr です。
ソレノイドとトロイドによる磁場
電荷が十分に無気力でアイドル状態になると、電荷は電界に囲まれます。電荷なので、これは理にかなっています。電荷がかき乱されて競争し始めると、磁場が発生します。ソレノイドは電磁の概念を利用しています。
磁場を決定するためのアンペリアン ループ
辺 abcd.dl が bc と da のフィールドに垂直なアンペリア ループの各辺を積分します。このフィールドは cd 全体でゼロです。横断面 bc と ad に沿った場の成分は 0 です。結果として、これら 2 つのセクションには価値がありません。 B を ab に沿ったフィールドとします。結果として、L=h はアンペリア ループの適切な長さです。
n が単位長さあたりの巻き数である場合、総巻き数は次のとおりです。 le=I(nh) は封入電流を表し、I はソレノイド電流です。
BL=0Ie ,Bh=0I(nh)
B=0nI
右手の法則によってフィールドの方向が決まります。ソレノイドは、一貫した磁場を生成するために広く使用されているデバイスです。
長いソレノイド
「ロングソレノイド」という用語は、半径よりも長いソレノイドを指します。これは、隣り合った巻きが密集したらせんの形にねじられた長いワイヤでできています。結果として、各ターンは循環ループとして考えることができます。巻線にエナメル線を使用することで、ターンは互いに分離されています。
長いソレノイド内の磁場は
B=μ0nI
ここで、n はソレノイドの単位長さあたりの巻数、I はソレノイドを流れる電流です。
長いソレノイドの一端では、磁場は次のようになります:
B=(μ0nI2)
ソレノイドとトロイドの類似点
どちらも電磁気のみに基づいて動作します。
電流が流れると、電磁石のように機能します。
トロイドとソレノイドの磁場はしばしば同じです。
覚えておくべきこと
ソレノイドとトロイドは、電気の磁気効果を利用した磁場発生装置です。
ソレノイドは、密集したらせんにコイルを巻いて磁場を生成します。
各通電ループの個々の磁場のベクトル和が、ソレノイド内に正味の磁場を生成します。
トロイドは、中央に円形の穴があるらせん状の配置です。
トロイドの外部磁場と内部磁場はどちらもゼロです。
結論
ソレノイドとトロイドは、電気の磁気効果に依存する磁場生成デバイスです。従来の磁石に対する主な利点は、磁石を流れる電流の量を変えることによって磁気の強さを変えることができることです。ソレノイドは、電気が加えられるたびに電磁石として機能するワイヤーコイルです。磁気ソレノイドは、世界中の幅広いアプリケーションで採用されています。トロイドはドーナツ状の中空の円形リングで、エナメル線が複数回巻かれているため、それらの間に隙間がありません。トロイドは、低周波数で高インダクタンスが必要な場合、電気回路でインダクタとして使用される円形ソレノイドと考えることができます。
