Das Magnetfeld und der Strom werden aufgrund der Beteiligung von Ladungen als zwei Seiten derselben Medaille betrachtet, und beide werden von elektromagnetischer Strahlung oder elektromagnetischem Feld abgeleitet.
Eine elektromagnetische Welle besteht sowohl aus elektrischen als auch aus magnetischen Feldern. Der Strom entsteht durch das elektrische Feld. Somit besteht eine enge Beziehung zwischen dem Magnetfeld und dem Strom. Dieser Beitrag befasst sich mit einer erschöpfenden Erklärung und Fakten in Bezug auf das Magnetfeld und den Strom und ihre Beziehung zum elektromagnetischen Feld.
Zusammenhang zwischen Magnetfeld und Strom
Ein elektrischer Strom in einem Draht erzeugt aufgrund der Bewegung der Ladungen ein Magnetfeld. Dies führt zur Erklärung der Beziehung zwischen Magnetfeld und Strom, die durch das Biot-Savart-Gesetz erklärt wird. Dort heißt es: „Ein Strom I, der in einem stromdurchflossenen Leiter kleiner Länge dl fließt, ist nichts anderes als die elementare Quelle des Magnetfeldes.
Wenn Sie einen Draht betrachten, der Strom I entlang der Länge dl im Draht führt, dann ist das Magnetfeld aufgrund des Stroms an einem Beobachtungspunkt in Bezug auf den Draht gegeben als:
Wo; μ0 ist die Permeabilität des frère-Raums (4π×10-7N / A2), und R ist der Abstand zwischen Punkt und Draht.
Die Integration der obigen Gleichung ergibt das Magnetfeld aufgrund des durch die Drahtschleife fließenden Stroms. Magnetfeld und Strom sind voneinander abhängig. Mit zunehmender Stromflussrate wird die Stärke des Magnetfelds aufgrund der Bewegung der leitfähigen Ladungen größer.
Wie wirkt sich das Magnetfeld auf den Strom aus?
Wenn ein stromführender Draht in Kontakt mit einem sich ändernden Magnetfeld gebracht wird, wird ein Strom in dem Draht induziert. Dieser Strom fließt aufgrund der magnetischen Feldlinien, die eine gewisse Kraft auf die Ladungen ausüben, wodurch sie sich bewegen.
Da Magnetfeld und Strom eng miteinander verbunden sind, erzeugt eine kleine Änderung des Magnetfelds eine elektromotorische Kraft im Draht. Dies geschieht, weil das sich ändernde Magnetfeld das elektrische Feld erzeugt und Ladungen zum Fließen gebracht werden und somit Strom induziert wird.
Das Magnetfeld ist der Stromflussrichtung zugeordnet. Ändert sich die Richtung des Magnetfeldes, ändert sich auch der Stromfluss innerhalb des Leiters.
Richtung von Magnetfeld und Strom
Die Orientierungsrichtung von Magnetfeld und Strom sind senkrecht zueinander. Da wir wissen, dass in einer elektromagnetischen Welle die Bewegung von elektrischem Feld und magnetischem Feld immer in senkrechten Richtungen verläuft. Der Strom ist nichts anderes als eine Form elektrischer Energie, die den freien Elektronenfluss trägt.
Im Allgemeinen gibt die Rechte-Hand-Regel eine Erklärung, um die Richtung sowohl des Magnetfelds als auch des Stroms zu beschreiben. Machen Sie zuerst eine L-förmige Handbewegung mit Daumen und Zeigefinger und zeigen Sie dann mit dem Mittelfinger senkrecht auf beide Finger. Die restlichen Finger bleiben gekräuselt. Diese Art der Geste mit der rechten Hand hilft, sich an die Richtung des Magnetfelds und des Stroms zu erinnern.
Das Magnetfeld bietet eine gewisse Kraft, die auf die sich bewegenden Ladungen ausgeübt wird. Wenn die Ladungen ruhen, beeinflusst das Magnetfeld die Ladung nicht. Aber sobald sie sich zu bewegen beginnen, drückt die vom Feld erzeugte Kraft die Ladungen und Strom fließt durch den Draht. Die Richtung des Stromflusses verläuft nicht in Richtung der Feldlinien, sondern verläuft senkrecht dazu.
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Gemäß der Regel ähnelt Ihre Hand einem stromdurchflossenen Draht, und die Richtung der positiven Ladung wird durch Ihren Zeiger angezeigt. Und das Magnetfeld wird durch Ihren Mittelfinger angezeigt, und Ihr Daumen zeigt die Bewegung des Stroms aufgrund der Magnetkraft an.
Warum ist das Magnetfeld senkrecht zum Strom?
Die auf die Ladungen ausgeübte magnetische Kraft ist immer ein Kreuzprodukt aus der Geschwindigkeit der Ladungen, Strom zu leiten, und dem Magnetfeld. Das Kreuzprodukt zweier beliebiger Vektorgrößen wird immer im rechten Winkel zur aufgebrachten Kraft ausgeübt. Das Magnetfeld steht also senkrecht zum Strom.
Die magnetische Kraft wird als die Lorentzkraft betrachtet, die auf die Ladungen ausgeübt wird und sie in Bewegung versetzt und sie veranlasst, Strom zu leiten. Da das Magnetfeld eine vektorielle Größe ist und die Geschwindigkeit der Ladungen zum Stromfluss beiträgt, ist dies ebenfalls eine vektorielle Größe. Das Kreuzprodukt dieser beiden Vektorgrößen muss eine senkrechte Kraft sein. Somit stehen Magnetfeld und Strom senkrecht zueinander.
Ist das Magnetfeld immer senkrecht zum Strom?
Ja, da das elektrische Feld in EM-Wellen immer senkrecht zum Magnetfeld ausgerichtet ist, ist der Strom auf das elektrische Feld zurückzuführen. Somit stehen auch Magnetfeld und Strom senkrecht zueinander.
Stellen Sie sich einen drahtdurchflossenen Strom vor, und das Magnetfeld B wird erzeugt, wenn Strom im Draht fließt. Die gerade Linie mit Pfeilspitze in der Mitte zeigt die Richtung des Stroms im Draht an, und der Kreisring um den Strom ist das Magnetfeld, dessen Richtung durch einen Pfeil angezeigt wird.
Wie steht das Magnetfeld senkrecht zum Strom?
Im Allgemeinen transportiert der Strom die sich bewegenden Ladungen über den Draht, was zur Erzeugung des Magnetfelds führt, das sich in Form eines Rings um den Draht windet. Die senkrechte Ausrichtung des Magnetfelds und des Stroms ist auf dieses Kräuselungsphänomen zurückzuführen, das als zweite Regel der rechten Hand dargestellt ist.
Wenn Sie gemäß dieser Regel alle Finger über die Handfläche krümmen und den Daumen nach oben zeigen, veranschaulichen Sie, wie das Magnetfeld senkrecht zum Strom ist. Die Richtung der Wellung ist senkrecht zum Stromfluss, der durch den nach oben gerichteten Daumen angezeigt wird.
Wenn der Strom von oben nach unten fließt, steht das Magnetfeld im Uhrzeigersinn senkrecht zur ausgeübten Kraft. Und wenn der Strom von unten nach oben fließt, ist das Magnetfeld gegen den Uhrzeigersinn orientiert.
Wenn das Magnetfeld senkrecht zum Strom steht?
Wenn die auf die Ladungen ausgeübte Kraft maximal ist, beginnen sich die Ladungen normal in Richtung der Feldlinien zu bewegen. Aufgrund der Bewegung der Ladungen neigt der resultierende Strom dazu, senkrecht zum Magnetfeld den gleichen Weg zu gehen.
Die Wechselwirkung der Kraft mit dem Magnetfeld ist ganz anders. Wenn es keine Kraftmittel gibt, gibt es keine Bewegung der Ladungen und kein Magnetfeld. Wenn das Magnetfeld parallel zum Strom ist, ist es ziemlich unmöglich, eine Beziehung zwischen ihnen herzustellen.
Welche Beziehung besteht zwischen der Richtung des Stromflusses und der magnetischen Polarität?
Stromrichtung und magnetische Polarität sind korreliert. Geht die Richtung des Magnetfeldes vom Nord- zum Südpol, erfolgt der Ladungsfluss im stromdurchflossenen Leiter von negativen zu positiven Ladungen.
Das heißt, wenn sich die Richtung des Stroms ändert, dann lädt sich auch die Richtung der magnetischen Feldlinien auf. Angenommen, der Strom fließt zunächst von Minus nach Plus, und die magnetischen Feldlinien treten vom Nord- zum Südpol aus. Indem wir die Richtung des Stromflusses umkehren, können wir beobachten, dass die magnetischen Feldlinien auch ihre Richtung vom Süd- zum Nordpol umkehren.
Die Regel der linken Hand ist normalerweise hilfreich, um die Auswirkung auf die magnetische Polarität aufgrund der Stromrichtung zu demonstrieren. In dieser Regel zeigt der Daumen die Richtung des Nordpols an, wenn Elektronen vom Minus- zum Pluspol fließen.
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Wie beeinflusst ein Magnetfeld den Strom in einem Magnetkreis?
Die Magnetfelder im Magnetkreis treiben die magnetomotorische Kraft an, ähnlich der elektromotorischen Kraft, die durch das elektrische Feld angetrieben wird. Die magnetomotorische Kraft aus dem Magnetfeld hängt von den Spulenwindungen und dem Strom ab.
Ein Magnetkreis besteht aus einer Spule, die aus einem geschlossenen Magnetfluss besteht. Wenn wir die Anzahl der Windungen in der Spule erhöhen, steigt die magnetische Feldstärke proportional an, was zu einer Erhöhung des Flusses führt. Der Fluss induziert mehr Strom, um eine maximale magnetomotorische Kraft aufzubauen.
Die magnetischen Kreise sind analog zu einem elektrischen Kreis. Aber der Unterschied liegt in einem Stromkreis, die Bewegung der Ladungen verursacht ein Magnetfeld, und in einem Magnetkreis induziert das Magnetfeld den Strom im Stromkreis.
Magnetfeld und Stromdiagramm
Da das Magnetfeld und der Strom miteinander korreliert sind, ändert sich der Verlauf des Magnetfelds und des Stroms linear miteinander. Der Graph des Magnetfelds gegen den Strom ergibt eine gerade Linie, die linear ansteigt.
Der lineare Anstieg des Magnetfelds ist darauf zurückzuführen, dass mit zunehmendem Strom in der Drahtschleife auch die Bewegung der Ladungen zunimmt, was dazu führt, dass ein stärkeres Magnetfeld in der Schleife erzeugt wird.
Die Steigung des Diagramms ergibt eine physikalische Konstante, die die Anzahl der Wicklungen der Drahtschleife darstellt.
Probleme mit Magnetfeld und Strom gelöst
Berechnen Sie das magnetische Feld aufgrund des stromführenden Drahtes der Einheitslänge, der in einem Abstand von 5 m 3 Ampere Strom durch ihn führt.
Lösung:
Gegeben – der Strom im Kabel, I = 5 Ampere
Der Abstand zwischen den Drähten r= 3m
Das Magnetfeld B am Punkt r ist
Der Wert von μ0 ist 4π×10-7 N / A2; durch Ersetzen der Werte in der obigen Gleichung erhalten wir
B = 3.33 × 10-7T.
Zwei stromführende Drähte gleicher Länge werden im Abstand von 2m parallel zueinander verlegt. Ein Draht führt den Strom von 12 Ampere und der andere führt den Strom von 15 Ampere. Berechnen Sie das magnetische Feld, das von den beiden parallelen Drähten in einem Abstand von 5 m entsteht.
Lösung:
Gegeben –der Strom, der von einem Draht I getragen wird1= 12 Ampere
Der Draht, der von einem anderen Draht getragen wird I2= 15 Ampere
Der Abstand r1=5m.
Der Abstand r2=7m.
Die Durchlässigkeit des Freiraums μ0=4π×10-7 N / A2
Das Magnetfeld aufgrund beider Drähte ist gegeben durch
B=B1+B2
B=4.8+4.28
B = 9.085 × 10-7T
Berechnen Sie das Magnetfeld an einem Punkt in einer Entfernung von 8 m von dem Draht, der einen Strom von 14 Ampere führt.
Lösung:
Gegeben –der vom Draht entfernte Punkt r=8m
Der Draht, der den Strom führt, ist I = 14 Ampere.
Die Durchlässigkeit des freien Raums μ0=4π×10-7 N / A2
Einsetzen der gegebenen Werte in die obige Gleichung
B = 3.5 × 10-7T.
Zusammenfassung
Aus diesem Beitrag verstehen wir die Beziehung zwischen Magnetfeld und Strom und wir haben gelernt, dass Magnetfeld und Strom die Vektorgröße sind, die senkrecht zur Ebene der elektromagnetischen Welle ausgerichtet ist. Das Verhalten von Ladungen im Magnetfeld ergibt Strom. Die schnelle Bewegung der Ladungen in einem stromdurchflossenen Draht ist für das Magnetfeld verantwortlich. So hängen Magnetfeld und Strom zusammen.
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