螺線管磁場計算器
計算磁通密度、磁場強度及磁場能量密度。
關於螺線管磁場
通電的螺線管會沿軸線產生集中的磁場。對理想長螺線管，安培定律給出磁場強度H = NI/l，其中N為總匝數，I為以安培計的電流，l為以公尺計的繞組長度。H以安培每公尺為單位，描述繞組產生的磁化作用，不依賴磁芯的響應。 磁通密度則包含材料的響應，計算式為B = μ₀μᵣH，其中μ₀是真空磁導率，μᵣ是相對磁導率，結果以特斯拉計。空氣與真空的相對磁導率接近1。鐵磁性磁芯的磁導率可能大得多，因此在相同安匝數下可產生更高磁通密度。計算器也以u = B²/(2μ₀μᵣ)提供理想磁場能量密度，單位為焦耳每立方公尺。 理想模型中，增加電流或匝數都會使H與B線性增加。匝數不變而增加線圈長度，會讓繞組分布更疏，磁場變弱。與電感計算不同，理想內部磁場不需要螺線管直徑，因為安培定律取決於單位長度匝數。計算總磁通、電感、力或有限長度修正時，直徑才會影響結果。 實際裝置會偏離這個簡單模型。線圈兩端附近的磁場會減弱並向外擴散，磁路可能包含氣隙，磁芯磁導率也會隨頻率、溫度及磁通水平改變。磁芯可能飽和，之後提高電流只會增加少量磁通，卻明顯加劇發熱。因此，本計算器最適合課堂題目、電磁鐵初步尺寸估算及繞組選擇比較。對於攸關安全或高功率設計，請搭配磁芯製造商的B-H曲線、繞組溫度限制及實測磁場資料比對結果。務必確認所選導線能安全承載預定電流，而不產生過高溫升。
磁場計算範例
| 輸入參數 | 結果 | 用途 |
|---|---|---|
| 2 A，500匝，0.10 m，μᵣ 1 | B 12.57 mT；H 10,000 A/m | 空氣芯線圈 |
| 0.5 A，200匝，0.05 m，μᵣ 1 | B 2.513 mT；H 2,000 A/m | 小型測試線圈 |
| 1 A，1000匝，0.20 m，μᵣ 100 | B 0.6283 T；H 5,000 A/m | 理想化磁芯 |
如何計算螺線管磁場
- 輸入流經繞組的穩定電流。
- 輸入總匝數與以公尺計的繞組長度。
- 空氣芯使用1，或輸入磁芯的有效相對磁導率。
- 選取「計算」，比較磁通密度、磁場強度與能量密度。
常見問題
B與H有什麼不同？
H是由電流及繞組幾何形狀產生的磁場強度。B是磁通密度，也反映材料的磁導率。
為什麼不需要直徑？
理想長螺線管的磁場取決於單位長度匝數，而非截面積。計算磁通、電感及有限長度線圈修正時，直徑才重要。
空氣芯應使用什麼數值？
空氣或真空使用相對磁導率1。多數非磁性支架也足夠接近1，適用此近似。
計算器有考慮飽和嗎？
沒有，它將相對磁導率視為常數。實際鐵磁性磁芯接近飽和時，有效磁導率會下降。
磁場在各處都均勻嗎？
理想磁場在長螺線管中心附近大致均勻。靠近兩端時會減弱並向外彎曲。