Номер 3, страница 198 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

3. Что называют соленоидом? Каковы его основные характеристики?

Что называют соленоидом?
Соленоид (от греческих слов solen — трубка и eidos — вид) — это катушка индуктивности, которая представляет собой проводник, намотанный на цилиндрический или иной формы каркас. Характерной чертой соленоида является то, что его длина значительно превышает диаметр. При пропускании по обмотке соленоида постоянного электрического тока внутри него образуется сильное и практически однородное магнитное поле, направленное параллельно его оси. Снаружи соленоида магнитное поле значительно слабее, и в большинстве расчетов его влиянием пренебрегают. Для многократного усиления магнитного поля внутрь соленоида часто помещают сердечник из ферромагнитного материала (например, железа).

Ответ: Соленоидом называют катушку из провода, плотно намотанного на цилиндрический каркас, которая при пропускании электрического тока создает внутри себя сильное и однородное магнитное поле.

Каковы его основные характеристики?
Основные характеристики соленоида делятся на геометрические (определяющие его конструкцию) и электромагнитные (описывающие его как элемент электрической цепи и источник магнитного поля).

Геометрические характеристики:
• Длина ($l$): длина намотки вдоль оси соленоида.
• Площадь поперечного сечения ($S$): площадь сечения катушки, перпендикулярного ее оси. Для круглого соленоида $S = \pi R^2$, где $R$ - радиус.
• Число витков ($N$): полное количество витков провода в обмотке.
• Плотность намотки ($n$): число витков, приходящееся на единицу длины соленоида. Определяется по формуле $n = N/l$.

Электромагнитные характеристики:
• Магнитная индукция ($B$): величина вектора магнитной индукции внутри длинного соленоида. Вдали от торцов поле однородно и его модуль рассчитывается по формуле:
$B = \mu_0 \mu n I$
где $I$ — сила тока в обмотке, $\mu_0$ — магнитная постоянная ($\mu_0 = 4\pi \cdot 10^{-7}$ Гн/м), $\mu$ — магнитная проницаемость материала сердечника (для воздуха или вакуума $\mu \approx 1$).
• Индуктивность ($L$): мера способности соленоида создавать магнитный поток и накапливать энергию магнитного поля при протекании тока. Для длинного соленоида индуктивность равна:
$L = \mu_0 \mu \frac{N^2}{l} S$
Индуктивность зависит от квадрата числа витков, площади сечения, магнитной проницаемости сердечника и обратно пропорциональна длине.
• Энергия магнитного поля ($W_m$): энергия, запасенная в магнитном поле соленоида, по которому протекает ток. Она вычисляется по формуле:
$W_m = \frac{1}{2} L I^2$

Ответ: К основным характеристикам соленоида относятся его геометрические параметры (длина, площадь сечения, число и плотность витков) и связанные с ними электромагнитные величины (магнитная индукция, индуктивность, энергия магнитного поля).