සොලෙනොයිඩ් සාකච්ඡා ප්රශ්නයක උදාහරණයක්
වෛද්ය උපකරණවල සිට කාර්මික යන්ත්රෝපකරණ දක්වා බොහෝ විද්යුත් සහ විද්යුත් චුම්භක යෙදීම්වල සොලෙනොයිඩ් අත්යවශ්ය සංරචක වේ. ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා වලට යාමට පෙර, සොලෙනොයිඩ් යනු කුමක්ද සහ එය ක්රියා කරන ආකාරය මුලින්ම තේරුම් ගනිමු.
සොලෙනොයිඩ් තේරුම් ගැනීම
සොලෙනොයිඩ් එකක් යනු සාමාන්යයෙන් දිගු සිලින්ඩරයක හැඩයෙන් යුත් වයර් දඟරයකි. සොලෙනොයිඩ් හරහා විද්යුත් ධාරාවක් ගලා යන විට, එය තුළ චුම්භක ක්ෂේත්රයක් නිර්මාණය කරයි. මෙම චුම්භක ක්ෂේත්රය විවිධ අරමුණු සඳහා භාවිතා කළ හැකිය, උදාහරණයක් ලෙස විද්යුත් යාන්ත්රික සොලෙනොයිඩ් එකක පිස්ටනයක් චලනය කිරීම හෝ ඇතැම් පර්යේෂණ සහ තාක්ෂණික යෙදීම්වල ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්රයක් ජනනය කිරීම.
සොලෙනොයිඩ් එකක එක් වැදගත් ලක්ෂණයක් වන්නේ එය නිපදවන චුම්භක ක්ෂේත්රයයි. දිගු, තදින් ඇසුරුම් කරන ලද සොලෙනොයිඩ් එකක් තුළ ඇති චුම්භක ක්ෂේත්රය ආසන්න වශයෙන් ඒකාකාර වේ. කදිම සොලෙනොයිඩ් එකක් තුළ ඇති චුම්භක ක්ෂේත්රය B විස්තර කරන සමීකරණය:
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
කොහෙද:
– \( B \) යනු චුම්භක ක්ෂේත්රයයි,
– \( \mu_0 \) යනු රික්තක පාරගම්යතාවයි (\( 4\pi \times 10^{-7} \) T m/A),
– \( n \) යනු ඒකක දිගකට හැරීම් ගණන (හැරීම්/මීටර),
– \( I \) යනු සොලෙනොයිඩ් හරහා ගලා යන විද්යුත් ධාරාවයි.
මෙම චුම්බක ක්ෂේත්රය ගලා යන ධාරාවට සහ ඒකක දිගකට හැරීම් ගණනට සෘජුවම සමානුපාතික වන අතර, සොලෙනොයිඩ් පිහිටා ඇති මාධ්යයේ ගුණාංග මගින් බලපායි, මෙම අවස්ථාවේ දී වාතය හෝ රික්තය.
ප්රශ්නය 1: සොලෙනොයිඩ් එකක් තුළ චුම්භක ක්ෂේත්රය ගණනය කිරීම
ප්රශ්නය:
සොලෙනොයිඩ් එකක හැරීම් 1000 ක් ඇති අතර දිග මීටර් 0,5 කි. සොලෙනොයිඩ් හරහා ගලා යන ධාරාව ඇම්පියර් 2 ක් නම්, සොලෙනොයිඩ් තුළ ඇති චුම්භක ක්ෂේත්රය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
පළමුව, අපි ඒකක දිගකට (n) හැරීම් ගණන ගණනය කළ යුතුය:
\[ n = \frac{N}{L} = \frac{1000}{0,5} = 2000 \, \පෙළ{හැරීම්/මීටර} \]
ඉන්පසු, සොලෙනොයිඩ් චුම්බක ක්ෂේත්ර සූත්රය භාවිතා කරන්න:
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
\[
B = (4\pi \times 10^{-7}) \cdot 2000 \cdot 2
= 8\pi \times 10^{-4} \, \text{T}
\]
\[
B \ආසන්න වශයෙන් 2,51 \times 10^{-3} \, \text{T}
\]
ඉතින්, සොලෙනොයිඩ් තුළ ඇති චුම්භක ක්ෂේත්රය \( 2,51 \times 10^{-3} \, \text{T} \) හෝ 2,51 mT (milliTesla) පමණ වේ.
ප්රශ්නය 2: සොලෙනොයිඩ් චුම්බක ක්ෂේත්රයක වයරයක් මත ලොරෙන්ට්ස් බලය ගණනය කිරීම
ප්රශ්නය:
\( 2,51 \times 10^{-3} \, \text{T} \) චුම්භක ක්ෂේත්රයක් නිපදවන සොලෙනොයිඩ් එකක් තුළ, චුම්භක ක්ෂේත්රයට ලම්බකව ඇම්පියර් 3 ක ධාරාවක් රැගෙන යන මීටර් 0,2 ක් දිග සෘජු වයරයක් ඇත. වයරය මත ක්රියා කරන ලොරෙන්ට්ස් බලය ගණනය කරන්න.
සාකච්ඡාව:
චුම්බක ක්ෂේත්රයක වයරයක් මත ක්රියා කරන ලොරෙන්ට්ස් බලය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැකිය:
\[ F = I \cdot L \cdot B \]
කොහෙද:
– \( F \) යනු ලොරෙන්ට්ස් බලයයි,
– \( I \) යනු විද්යුත් ධාරාවයි,
– \( L \) යනු වයරයේ දිග වේ,
– \( B \) යනු චුම්භක ක්ෂේත්රයයි.
අපි ලබා දී ඇති අගයන් ආදේශ කරමු:
\[ F = 3 \cdot 0,2 \cdot 2,51 \times 10^{-3} \]
\[ F = 1,506 \times 10^{-3} \, \text{N} \]
ඉතින්, වයරය මත ක්රියා කරන ලොරෙන්ට්ස් බලය \( 1,506 \times 10^{-3} \, \text{N} \) වේ.
ප්රශ්නය 3: සොලෙනොයිඩ් එකක චුම්භක ශක්තිය
ප්රශ්නය:
මීටර් 0,05 ක අරයක් සහිත, හැරීම් 1000 ක් ඇති සහ ඇම්පියර් 2 ක ධාරාවක් රැගෙන යන සොලෙනොයිඩ් එකක මීටර 1 ක් දිග චුම්භක ශක්තිය කොපමණද?
සාකච්ඡාව:
සොලෙනොයිඩ් එකක චුම්භක ශක්තිය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ U = \frac{1}{2} \cdot L \cdot I^2 \]
මෙහි \( L \) යනු සොලෙනොයිඩ් වල ප්රේරණයයි. සොලෙනොයිඩ් (\( L \)) හි ප්රේරණය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැක:
\[ L = \mu_0 \cdot \frac{N^2 \cdot A}{l} \]
සමඟ:
– \( N \) යනු හැරීම් ගණන,
– \( A \) යනු සොලෙනොයිඩ් වල හරස්කඩ ප්රදේශයයි,
– \( l \) යනු සොලෙනොයිඩ් වල දිග වේ.
හරස්කඩ ප්රදේශය \( A \):
\[ A = \pi r^2 \]
\[ A = \pi (0,05)^2 = 7,85 \times 10^{-3} \, \text{m}^2 \]
ප්රේරණය \( L \):
\[
L = (4\pi \times 10^{-7}) \cdot \frac{1000^2 \cdot 7,85 \times 10^{-3}}{1}
\]
\[
L \ආසන්න වශයෙන් 9,87 \times 10^{-3} \, \text{H}
\]
චුම්භක ශක්තිය \( U \):
\[
U = \frac{1}{2} \cdot 9,87 \times 10^{-3} \cdot (2)^2
\]
\[
U = 1,97 \times 10^{-2} \, \text{J}
\]
ඉතින්, සොලෙනොයිඩ් තුළ ගබඩා කර ඇති චුම්භක ශක්තිය \( 1,97 \times 10^{-2} \, \text{J} \) හෝ 19,7 mJ (milliJoules) වේ.
