Фізичні принципи

Магнітне поле за своєю природою вихрове. Його силові лінії замкнуті. Силові лінії магнітного поля навколо прямого провідника із струмом утворюють коло. У котушці індуктивності провідник має таку форму, що всередині котушки магнітне поле, створене кожною його ділянкою додається, а за межами котушки суперпозиція поля, створеного окремими ділянками провідника, призводить до його гасіння.

Конфігурація магнітного поля в котушці схематично зображена на рисунку. Більше значення напруженості магнітного поля відповідає областям простору, де густина силових ліній вища. Всередині котушки магнітне поле, створене нижніми ділянками провідника, й верхніми, має однаковий напрям. За межами котушки напрям створеного поля від верхніх та нижніх ділянок провідника різний. Силові лінії, густина яких велика всередині котушки, замикаються через зовнішній простір. Якщо довжина котушки набагато більша за її товщину, то напруженість магнітного поля за межами котушки дуже мала, майже нульова. На рисунку це відповідає меншій густоті силових ліній за межами котушки.

В довгій котушці напруженість магнітного поля всередині рівномірна вздовж її осі за винятком країв. Величина напруженості магнітного поля й магнітної індукції в котушці залежить відсили струму, що протікає через провідник і від геомертричних факторів: розмірів, числа витків та способу намотки, форми внутрішньої області. Магнітний потік через внутрішній переріз котушки прямо пропорційний силі струму:

,

де - магнітний потік, - сила струму. Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю котушки й є її основною характеристикою.

Магнітна індукція всередині довгого соленоїда в СГС дорівнює

де B - магнітна індукція, c - швидкість світла, N - кількість витків, l - довжина котушки. Тому магнітний потік

,

отже,

.

Ця фомула справедлива для ідеального соленоїда, емпіричні формули для розрахунку реальних котушок наведені нижче.

Енергія магнітного поля в котушці дорівнює

.