Magnetic fields due to currents · Champs magnétiques dus aux courants
| English | Français |
|---|---|
| iron core/ˈaɪən kɔː/ | noyau de fer |
| right-hand grip rule/raɪt hænd ɡrɪp ruːl/ | règle de la main droite |
| bar magnet/bɑː ˈmæɡnɪt/ | aimant bar |
| solenoid/ˈsəʊlənɔɪd/ | solénoïde |
A magnet with an off switch
- A scrapyard crane picks up a tonne of steel, swings it across the yard, and drops it by flicking a switch.
- No permanent magnet can do that. What the crane carries is a coil of wire around an iron core, and its magnetism exists only while the current flows.
- Every field in this lesson comes from a current, which means every one of them can be switched, reversed or made stronger at will.
- This lesson is the field patterns that currents produce, and the forces between two currents.
Un aimant avec un interrupteur
- Une grue de ferraille soulève une tonne d'acier, la balaye sur le site et la lâche en actionnant un simple interrupteur.
- Aucun aimant permanent ne peut faire cela. Ce que transporte la grue est un bobinage de fil autour d'un noyau de fer, et son aimantisme n'existe que tant que le courant circule.
- Tous les champs de cette leçon proviennent d'un courant, ce qui signifie que chacun d'eux peut être allumé, inversé ou renforcé à volonté.
- Cette leçon traite des motifs de champ produits par les courants, et des forces entre deux courants.
The field around a straight wire
- The field forms concentric circles around the wire, in the plane perpendicular to it.
- Their spacing widens with distance, because the field weakens as you move away.
- The direction comes from the right-hand grip rule 右手定则: grip the wire with your right hand, thumb along the current, and your fingers curl the way the field points.
- For a current into the page, that gives a clockwise field.
Circles, widening, each with an arrow
Champ autour d'un fil droit
- Le champ forme des cercles concentriques autour du fil, dans le plan perpendiculaire à celui-ci.
- Leur espacement s'élargit avec la distance, car le champ s'affaiblit à mesure que l'on s'en éloigne.
- La direction est donnée par la règle de la main droite 右手定则: saisissez le fil avec votre main droite, le pouce aligné sur le courant, et vos doigts s'enroulent dans le sens du champ.
- Pour un courant entrant dans la page, cela donne un champ horaire.
Cercles, s'éloignant les uns des autres, chacun avec une flèche
Current field rule lab · Travail pratique sur la règle du champ de courant
Connect current direction to the circular magnetic field around a wire. · Relier la direction du courant au champ magnétique circulaire autour d'un fil.
The magnetic field around a long straight wire forms: · Le champ magnétique autour d'un fil droit long forme :
Concentric circles, with the direction given by the right-hand grip rule. · Des cercles concentriques, dont la direction est donnée par la règle de préhension de la main droite.
The right-hand grip rule gives the direction of the field around a current-carrying wire. · La règle de préhension de la main droite donne la direction du champ autour d'un fil parcouru par un courant.
Thumb along the current, curled fingers show the way the circular field points. · Pouce dans la direction du courant, doigts enroulés montrent comment le champ circulaire pointe.
The flat circular coil
- Bend the wire into a loop and the circular fields around each side reinforce through the centre.
- So the field at the centre is at right angles to the plane of the coil, and strongest there.
- Seen from one face the coil behaves as a north pole, since the field leaves it there; from the other face, a south pole. A single loop is already a small bar magnet 条形磁铁.
La bobine circulaire plate
- Courbez le fil en boucle et les champs circulaires autour de chaque côté se renforcent à travers le centre.
- Le champ au centre est donc perpendiculaire au plan de la bobine et y est le plus intense.
- Vue d'une face, la bobine se comporte comme un pôle nord, car le champ en sort; vue de l'autre face, c'est un pôle sud. Une simple boucle est déjà un petit aimant en barre 条形磁铁.
What is the direction of the magnetic field at the centre of a flat circular coil? · Quelle est la direction du champ magnétique au centre d'une bobine circulaire plate ?
The circular fields around the two sides reinforce through the centre, so the coil acts as a small bar magnet, north from one face and south from the other. · Les champs circulaires autour des deux côtés se renforcent à travers le centre, donc la bobine agit comme un petit aimant bar, nord d'une face et sud de l'autre.
The solenoid
- A solenoid 螺线管 is many such loops in a row. Their fields add along the axis, so inside the field is nearly uniform and parallel to the axis, exactly like a stretched bar magnet.
- Outside it spreads out and falls off fast, and the ends behave as N and S poles.
- Three things strengthen it: more turns per unit length, a larger current, and an iron core 铁芯.
Uniform down the axis, and poles at the ends
Le solénoïde
- Un solénoïde 螺线管 est constitué de multiples boucles disposées en série. Leurs champs s'additionnent le long de l'axe, de sorte que à l'intérieur le champ est presque uniforme et parallèle à l'axe, exactement comme un aimant en barre étiré.
- À l'extérieur, il s'étale et diminue rapidement, et les extrémités se comportent comme des pôles N et S.
- Trois facteurs l'intensifient: plus de tours par unité de longueur, un courant plus élevé et un noyau de fer 铁芯.
Uniforme le long de l'axe, avec des pôles aux extrémités
Inside a long solenoid the magnetic field is nearly ____. · À l'intérieur d'un solénoïde long, le champ magnétique est presque ____.
Like a stretched bar magnet — the field inside is uniform and parallel to the axis. · Comme un aimant bar étiré — le champ intérieur est uniforme et parallèle à l'axe.
Adding an iron core greatly increases a solenoid's magnetic field. · L'ajout d'un noyau en fer augmente considérablement le champ magnétique d'un solénoïde.
The iron's atomic magnets line up and add to the field — used in electromagnets and transformers. · Les aimats atomiques du fer s'alignent et s'ajoutent au champ — utilisé dans les électroaimants et les transformateurs.
Which changes increase the magnetic field inside a solenoid? Select all · tout that apply. · Quels changements augmentent le champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde ? Sélectionnez toutes les réponses applicables.
Turns per unit length, current and a ferrous core. A thicker wire lowers the resistance but does not itself change the field for a given current. · Spires par unité de longueur, courant et noyau ferromagnétique. Un fil plus épais réduit la résistance mais ne change pas lui-même le champ pour un courant donné.
Worked example: why the core helps
- Explain why inserting an iron core greatly increases the magnetic field of a solenoid.
- The core is a ferrous material, so the solenoid's field magnetises it: its atomic magnets line up with the field.
- The magnetised core then produces its own magnetic field, which adds to the field of the current.
- The two together are far stronger than the current's field alone. Both steps, magnetised and adds its own field, are needed for the marks. "It concentrates the field lines" is not the marked answer.
Exemple résolu: pourquoi le noyau aide
- Expliquez pourquoi l'insertion d'un noyau de fer augmente considérablement le champ magnétique d'un solénoïde.
- Le noyau est un matériau ferreux, donc le champ du solénoïde le magnétise: ses aimats atomiques s'alignent avec le champ.
- Le noyau magnétisé produit alors son propre champ magnétique, qui s'ajoute au champ du courant.
- Ensemble, ils sont beaucoup plus intenses que le seul champ du courant. Les deux étapes, magnétisé et ajoutant son propre champ, sont nécessaires pour obtenir la note. "Il concentre les lignes de champ" n'est pas la réponse attendue.
Put the explanation of why an iron core strengthens a solenoid in order. · Mettre l'explication de pourquoi un noyau en fer renforce un solénoïde dans l'ordre.
Both middle steps are needed for the marks: magnetised, and adding its own field. "It concentrates the field" is not the marked wording. · Les deux étapes intermédiaires sont nécessaires pour les points : aimanté, et ajoutant son propre champ. "Il concentre le champ" n'est pas le libellé notatif.
Two parallel currents
- Each wire sits in the field of the other, so each experiences a motor-effect force $F = BIL$.
- Apply the left-hand rule to each wire in turn, using the field the other one makes. The result is symmetric, as Newton's third law requires.
- Currents in the same direction attract. Currents in opposite directions repel.
- This force is the basis of the historical definition of the ampere.
Deux courants parallèles
- Chaque fil se trouve dans le champ de l'autre, donc chacun subit une force d'effet moteur $F = BIL$.
- Appliquez la règle de la main gauche à chaque fil tour à tour, en utilisant le champ créé par l'autre. Le résultat est symétrique, comme l'exige la troisième loi de Newton.
- Des courants dans la même direction s'attirent. Des courants dans des directions opposées se repoussent.
- Cette force est la base de la définition historique de l'ampère.
Two parallel wires carrying currents in the same · même direction: · Deux fils parallèles parcourus par des courants dans la même direction :
Same-direction currents attract; opposite-direction currents repel. This is the basis of the ampere. · Les courants de même direction s'attirent ; les courants de direction opposée se repoussent. C'est la base de l'ampère.
Match each task to the rule you use. · Associez chaque tâche à la règle que vous utilisez.
A parallel-wires question needs both: the right hand for the field one wire makes, then the left hand for the force it exerts on the other. · Une question sur des fils parallèles nécessite les deux : la main droite pour le champ qu'un fil fait, puis la main gauche pour la force qu'il exerce sur l'autre.
Worked example: predicting the direction
- Two long parallel wires carry currents in the same direction. Show that they attract.
- Use the right-hand grip rule on the left wire: in the region of the right wire, its field points into the page, say.
- Now use the left-hand rule on the right wire: field into the page, current up the page, so the force on it is towards the left wire.
- Repeat for the other wire and the force is towards the first. They attract. Note that like currents attract, which is the opposite of what like charges do.
Exemple résolu: prédire la direction
- Deux longs fils parallèles transportent des courants dans la même direction. Montrez qu'ils s'attirent.
- Utilisez la règle de la main droite sur le fil de gauche: dans la région du fil de droite, son champ pointe vers l'intérieur de la page, disons.
- Maintenant utilisez la règle de la main gauche sur le fil de droite: champ vers l'intérieur de la page, courant vers le haut de la page, donc la force sur lui est vers le fil de gauche.
- Répétez pour l'autre fil et la force est dirigée vers le premier. Ils s'attirent. Notez que des courants similaires s'attirent, ce qui est l'inverse de ce que font des charges similaires.
Marks that slip away
- Right hand for the field a current makes; left hand for the force on a current in a field. Both appear in a parallel-wires question and they are not interchangeable.
- The field around a wire is circles, not lines along the wire, and their spacing widens.
- The iron core is magnetised and adds its own field. Say both parts.
- Currents in the same direction attract, unlike charges of the same sign.
Pièges qui font perdre des points
- Main droite pour le champ créé par un courant; main gauche pour la force exercée sur un courant dans un champ. Les deux apparaissent dans une question sur les fils parallèles et ne sont pas interchangeables.
- Le champ autour d'un fil est formé de cercles, pas de lignes le long du fil, et leur espacement s'élargit.
- Le noyau de fer est magnétisé et ajoute son propre champ. Dites les deux parties.
- Des courants dans la même direction s'attirent, contrairement à des charges de même signe.
You've got it
- a straight wire's field is concentric circles with widening spacing, direction from the right-hand grip rule
- a flat coil gives a field at right angles through its centre and acts as a small bar magnet; a solenoid is nearly uniform inside and has poles at its ends
- more turns per unit length, a larger current and an iron core all strengthen a solenoid, the core because it is magnetised and adds its own field
- parallel currents attract when in the same direction and repel when opposite, found by using the right-hand rule for the field and the left-hand rule for the force
Vous avez compris
- le champ d'un fil droit est composé de cercles concentriques à espacement croissant, direction donnée par la règle de la main droite
- une bobine plate produit un champ perpendiculaire passant par son centre et agit comme un petit aimant en barre; un solénoïde est presque uniforme à l'intérieur et possède des pôles à ses extrémités
- plus de tours par unité de longueur, un courant plus élevé et un noyau de fer renforcent tous un solénoïde, le noyau parce qu'il est magnétisé et ajoute son propre champ
- des courants parallèles s'attirent quand ils sont dans la même direction et se repoussent quand ils sont opposés, trouvé en utilisant la règle de la main droite pour le champ et la règle de la main gauche pour la force