Daya magnet antara dua wayar selari – masalah dan penyelesaian
1. Dua konduktor selari yang membawa arus I1 dan saya2, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Apakah magnitud dan arah bagi daya magnet yang dialami oleh kedua-dua konduktor? (μo = 4π. 10-7 Wb.A-1.m-1)
Diketahui:
. arus elektrik 1 (I1) = 3 Ampere
Arus elektrik 2 (I2) = 5 Ampere
Kebolehtelapan ruang bebas (µo) = 4π x 10-7 wb A-1 m-1
Jarak antara kedua-dua konduktor (L) = 5 cm = 5 x 10-2 meter
Dikehendaki: Magnitud dan arah daya magnet
Penyelesaian:
Arah arus elektrik pada konduktor 1 adalah bertentangan dengan arah arus elektrik pada konduktor 2. Arus antiselari (dalam arah yang bertentangan) mengenakan daya tolakan antara satu sama lain.
Magnitud daya magnet:
F/l = 6 x 10-5 Newton
2. Dua wayar selari yang membawa arus I1 dan saya2 adalah 20 cm antara satu sama lain. Berapakah magnitud daya magnet yang dialami oleh setiap dawai (μ)o = 4π. 10-7 Wb.A-1.m-1)
Diketahui:
Arus elektrik 1 (I1) = 5 Ampere
Arus elektrik 2 (I2) = 4 Ampere
Kebolehtelapan ruang bebas (µo) = 4π x 10-7 wb A-1 m-1
Jarak antara kedua-dua wayar (L) = 20 cm = 20 x 10-2 meter
Dikehendaki: Magnitud daya magnet
Penyelesaian:
Arah arus elektrik pada konduktor 1 adalah bertentangan dengan arah arus elektrik pada konduktor 2. Arus antiselari (dalam arah yang bertentangan) mengenakan daya tolakan antara satu sama lain.
Magnitud daya magnet:
F/l = 2 x 10-5 Newton
20 soalan dan jawapan konseptual berkaitan dengan daya magnet antara dua dawai selari:
1. Soalan: Apakah punca utama daya magnet antara dua wayar pembawa arus selari?
Jawapan: Daya magnet antara dua dawai selari timbul akibat medan magnet yang dihasilkan oleh arus dalam setiap dawai yang bertindak pada dawai yang satu lagi.
2. Soalan: Bagaimanakah arah arus dalam kedua-dua wayar mempengaruhi daya di antara mereka?
Jawapan: Jika arus mengalir dalam arah yang sama, wayar-wayar tersebut akan menarik antara satu sama lain. Jika arus mengalir dalam arah yang bertentangan, wayar-wayar tersebut akan menolak antara satu sama lain.
3. Soalan: Apakah hubungan antara jarak antara wayar dan daya magnet?
Jawapan: Daya magnet adalah berkadar songsang dengan jarak antara wayar. Apabila jarak meningkat, daya berkurangan.
4. Soalan: Bagaimanakah magnitud arus dalam wayar mempengaruhi daya?
Jawapan: Daya adalah berkadar terus dengan hasil darab arus dalam kedua-dua dawai.
5. Soalan: Apakah yang berlaku kepada daya jika salah satu wayar tidak mempunyai arus?
Jawapan: Daya akan menjadi sifar kerana wayar tanpa arus tidak menghasilkan medan magnet untuk mempengaruhi wayar yang lain.
6. Soalan: Mengapakah daya magnet antara dua dawai selari dianggap sebagai daya bukan sentuhan?
Jawapan: Daya tersebut adalah disebabkan oleh interaksi medan magnetnya, bukan sentuhan fizikal secara langsung.
7. Soalan: Bagaimanakah medan magnet yang dihasilkan oleh satu dawai berubah mengikut jarak?
Jawapan: Kekuatan medan magnet berkurangan dengan peningkatan jarak dari dawai.
8. Soalan: Bolehkah daya magnet antara dua wayar selari dilindungi atau disekat?
Jawapan: Walaupun sukar untuk melindungi medan magnet sepenuhnya, penggunaan bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi boleh mengalihkan dan mengurangkan kesan medan antara satu sama lain.
9. Soalan: Jika kedua-dua dawai berserenjang antara satu sama lain, bagaimanakah daya magnet di antara mereka berubah?
Jawapan: Jika dawai-dawai tersebut berserenjang dan arusnya bersilang, ia tidak akan mengenakan daya tarikan atau tolakan ringkas antara satu sama lain seperti dawai selari.
10. Soalan: Bagaimanakah arah daya magnet pada dawai yang membawa arus ditentukan?
Jawapan: Arahnya boleh ditentukan menggunakan petua tangan kanan: halakan ibu jari ke arah arus, dan jari yang melengkung akan menunjukkan arah medan magnet.
11. Soalan: Adakah daya magnet antara dua dawai selari merupakan daya pusat?
Jawapan: Tidak, ia bukan daya pusat kerana arah dan magnitud daya bergantung pada orientasi relatif dan pemisahan wayar.
12. Soalan: Bolehkah wayar-wayar itu merasakan daya walaupun ia diletakkan di dalam vakum?
Jawapan: Ya, daya magnet antara wayar tidak bergantung pada medium; ia boleh wujud dalam vakum.
13. Soalan: Bagaimanakah unit arus, Ampere, berkaitan dengan daya antara dua wayar?
Jawapan: Satu Ampere ditakrifkan sebagai arus yang, apabila mengalir dalam dua konduktor selari yang panjangnya tidak terhingga dan diletakkan satu meter antara satu sama lain dalam vakum, menghasilkan daya 2 x 10^(-7) Newton setiap meter panjang antara wayar-wayar tersebut.
14. Soalan: Adakah bahan wayar mempengaruhi daya magnet di antara mereka?
Jawapan: Bahan dawai tidak mempengaruhi daya secara langsung. Daya bergantung pada arus dan jarak antara dawai.
15. Soalan: Apakah peranan kebolehtelapan ruang bebas (μ₀) dalam daya antara dua dawai selari?
Jawapan: Kebolehtelapan ruang bebas ialah pemalar yang mengaitkan kekuatan medan magnet dengan arus yang menyebabkannya dan muncul dalam formula untuk daya antara dua wayar yang membawa arus.
16. Soalan: Bolehkah daya magnet berfungsi pada wayar?
Jawapan: Walaupun daya magnet boleh mengenakan daya pada dawai yang membawa arus, ia tidak berfungsi kerana ia bertindak serenjang dengan arah gerakan.
17. Soalan: Bagaimanakah panjang wayar mempengaruhi daya magnet di antara mereka?
Jawapan: Daya adalah berkadar terus dengan panjang dawai yang selari dan berdekatan antara satu sama lain.
18. Soalan: Adakah terdapat sebarang aplikasi atau akibat kehidupan sebenar bagi daya magnet antara wayar selari?
Jawapan: Ya, dalam litar elektrik, terutamanya yang mempunyai arus tinggi, interaksi magnet antara wayar boleh menyebabkannya bergerak, yang perlu dipertimbangkan dalam reka bentuk.
19. Soalan: Jika satu dawai digulung menjadi gelung, bagaimanakah ia mempengaruhi daya magnet?
Jawapan: Wayar bergelung, atau solenoid, menghasilkan medan magnet yang lebih kuat daripada wayar lurus, mengubah daya antara wayar tersebut dan wayar lain.
20. Soalan: Bolehkah daya magnet antara wayar selari digunakan untuk mengukur arus?
Jawapan: Ya, peranti seperti pengimbang arus menggunakan daya magnet antara wayar untuk mengukur arus dengan menyamakannya dengan daya mekanikal yang diketahui.
Memahami daya magnet antara wayar selari adalah asas dalam keelektromagnetan dan mempunyai implikasi dalam reka bentuk litar, elektronik dan kejuruteraan elektrik.
