Калькулятор електростатичної сили
Обчисліть силу електростатичної взаємодії між двома електричними зарядами за законом Кулона. Введіть значення зарядів, відстань та діелектричну проникність середовища.
Магнітна індукція B описує інтенсивність магнітного поля всередині соленоїда. Формула B = mu0 * n * I, де mu0 = 4pi x 10^-7 Тл*м/А, n = N/L – кількість витків на метр. Калькулятор обчислює B у теслах, напруженість поля H та густину енергії.
Формула: B = mu0 * n * I, де n = N/L. Напруженість поля H = B/mu0 = n*I. Густина енергії = B^2 / (2*mu0). Формула точна для нескінченного соленоїда; для коротких котушок потрібні поправки.
Соленоїд: N = 1000 витків, L = 0,1 м, I = 1 А. n = 10 000 м^-1. B = 4pi*10^-7 * 10 000 * 1 = 12,566 мТл. H = 10 000 А/м. Густина енергії = 62 876 Дж/м^3.
Магнітна індукція B (у теслах) описує інтенсивність магнітного поля. Вона визначає силу Лоренца на рухомі заряди і є основою для проектування двигунів, трансформаторів і датчиків.
Вона випливає із закону Ампера для ідеального соленоїда. Для нескінченної котушки поле всередині рівномірне і дорівнює mu0*n*I. mu0 = 4pi*10^-7 Тл*м/А – магнітна проникність вакууму.
mu0 – магнітна проникність вакууму, рівна 4pi*10^-7 Тл*м/А. Описує, наскільки сильно електричний струм у вакуумі створює магнітне поле.
B (магнітна індукція, у теслах) – повне магнітне поле. H (напруженість поля, у А/м) – внесок від вільних струмів без намагніченості матеріалу. У вакуумі B = mu0 * H.
Збільшити N, скоротити L або підвищити I. Вставлення феромагнітного сердечника множить B на відносну проникність матеріалу (залізо: ~1000).
Густина енергії = B^2 / (2*mu0) у Дж/м^3. Показує, скільки енергії зберігається в одиниці об'єму поля. Важлива при проектуванні котушок і накопичувачів енергії.
B = mu0*n*I точна для нескінченно довгого соленоїда (довжина >> діаметр). Для коротких котушок результат наближений; потрібні поправки Нагаоки або чисельні методи.
B вимірюється у теслах (Тл). 1 Тл = 1 В*с/м^2 = 1 Вб/м^2. На практиці використовують мілітесли (мТл) і мікротесли (мкТл). Позасистемна одиниця – гаус (1 Тл = 10 000 Гс).
Формула для вакууму – ні. Але опір обмотки зростає з температурою, тому при постійній напрузі струм I падає, а B зменшується. Для надпровідних котушок температура повинна бути нижче критичної Tc.
Соленоїди і електромагніти використовуються в МРТ (1,5–3 Тл), прискорювачах частинок, електродвигунах, електромагнітних клапанах і індукційних нагрівачах. Розрахунок B є ключовим кроком проектування.
Результати калькулятора мають навчальний та орієнтовний характер.
Обчисліть силу електростатичної взаємодії між двома електричними зарядами за законом Кулона. Введіть значення зарядів, відстань та діелектричну проникність середовища.
Дивитися всі калькулятори: Наукові калькулятори — фізика і хімія →