Magnetická sila medzi dvoma rovnobežnými vodičmi – problémy a riešenia
1. Dva rovnobežné vodiče, ktorými pretekajú prúdy I1 a I2 , ako je znázornené na obrázku nižšie. Aká je veľkosť a smer magnetickej sily, ktorá pôsobí na oba vodiče ? (μo = 4π * 10⁻⁷ Wb · A⁻¹ · m⁻¹ )
Známe:
elektrický prúd 1 (Ja1) = 3 ampéry
Elektrický prúd 2 (I 2 ) = 5 ampéry
Priepustnosť voľného priestoru (µo ) = 4π x 10⁻⁷ wb A⁻¹ m⁻¹
Vzdialenosť medzi oboma vodičmi (L) = 5 cm = 5 x 10⁻² metrov
Hľadá sa: Veľkosť a smer magnetickej sily
riešenie:
Smer elektrického prúdu na vodiči 1 je opačný ako smer elektrického prúdu na vodiči 2. Antiparalelné prúdy (v opačných smeroch) na seba pôsobia odpudivou silou.
Veľkosť magnetickej sily:
F/l = 6 x 10⁻⁶ Newton
2. Dva rovnobežné vodiče, ktorými pretekajú prúdy I1 a I2 , sú od seba vzdialené 20 cm. Aká je veľkosť magnetickej sily, ktorá pôsobí na každý vodič (μo = 4π.10-7 Wb.A - 1.m -1 )?
Známe:
Elektrický prúd 1 (I1) = 5 ampéry
Elektrický prúd 2 (I 2 ) = 4 ampéry
Priepustnosť voľného priestoru (µo ) = 4π x 10⁻⁷ wb A⁻¹ m⁻¹
Vzdialenosť medzi oboma drôtmi (L) = 20 cm = 20 x 10⁻² metrov
Hľadá sa: Veľkosť magnetickej sily
riešenie:
Smer elektrického prúdu na vodiči 1 je opačný ako smer elektrického prúdu na vodiči 2. Antiparalelné prúdy (v opačných smeroch) na seba pôsobia odpudivou silou.
Veľkosť magnetickej sily:
F/l = 2 x 10⁻⁶ Newton
20 koncepčných otázok a odpovedí týkajúcich sa magnetickej sily medzi dvoma rovnobežnými vodičmi:
1. Otázka: Aká je primárna príčina magnetickej sily medzi dvoma rovnobežnými vodičmi, ktorými preteká prúd?
Odpoveď: Magnetická sila medzi dvoma rovnobežnými vodičmi vzniká v dôsledku magnetických polí vytvorených prúdmi v každom vodiči pôsobiacimi na druhý vodič.
2. Otázka: Ako smer prúdu v dvoch vodičoch ovplyvňuje silu medzi nimi?
Odpoveď: Ak prúdy tečú rovnakým smerom, vodiče sa navzájom priťahujú. Ak prúdy tečú opačnými smermi, vodiče sa navzájom odpudzujú.
3. Otázka: Aký je vzťah medzi vzdialenosťou medzi vodičmi a magnetickou silou?
Odpoveď: Magnetická sila je nepriamo úmerná vzdialenosti medzi vodičmi. So zväčšujúcou sa vzdialenosťou sila klesá.
4. Otázka: Ako ovplyvňuje veľkosť prúdu vo vodičoch silu?
Odpoveď: Sila je priamo úmerná súčinu prúdov v dvoch vodičoch.
5. Otázka: Čo sa stane so silou, ak jedným z vodičov netečie prúd?
Odpoveď: Sila bude nulová, pretože vodič bez prúdu nevytvára magnetické pole, ktoré by ovplyvňovalo druhý vodič.
6. Otázka: Prečo sa magnetická sila medzi dvoma rovnobežnými vodičmi považuje za bezkontaktnú silu?
Odpoveď: Sila je spôsobená interakciou ich magnetických polí, nie priamym fyzickým kontaktom.
7. Otázka: Ako sa mení magnetické pole vytvorené jedným vodičom so vzdialenosťou?
Odpoveď: Intenzita magnetického poľa sa znižuje so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od vodiča.
8. Otázka: Dá sa magnetická sila medzi dvoma rovnobežnými vodičmi tieniť alebo blokovať?
Odpoveď: Hoci je náročné úplne tieniť magnetické polia, použitie materiálov s vysokou magnetickou permeabilitou môže presmerovať a znížiť vzájomný vplyv polí.
9. Otázka: Ak sú dva vodiče na seba kolmé, ako sa zmení magnetická sila medzi nimi?
Odpoveď: Ak sú vodiče kolmé a ich prúdy sa krížia, nebudú na seba vyvíjať jednoduchú príťažlivú alebo odpudivú silu ako paralelné vodiče.
10. Otázka: Ako sa určuje smer magnetickej sily pôsobiacej na vodič, ktorým tečie prúd?
Odpoveď: Smer možno určiť pomocou pravidla pravej ruky: palec namierte v smere prúdu a skrčené prsty budú ukazovať smer magnetického poľa.
11. Otázka: Je magnetická sila medzi dvoma rovnobežnými vodičmi centrálna sila?
Odpoveď: Nie, nie je to centrálna sila, pretože smer a veľkosť sily závisia od relatívnej orientácie aj od vzdialenosti drôtov.
12. Otázka: Môžu drôty cítiť silu, aj keď sú umiestnené vo vákuu?
Odpoveď: Áno, magnetická sila medzi vodičmi nezávisí od média; môže existovať vo vákuu.
13. Otázka: Aký je vzťah medzi jednotkou prúdu, ampérom, a silou medzi dvoma vodičmi?
Odpoveď: Jeden ampér je definovaný ako prúd, ktorý pri pretekaní dvoma rovnobežnými vodičmi nekonečnej dĺžky umiestnenými vo vzdialenosti jeden meter vo vákuu vyvolá silu 2 x 10^(-7) Newtonov na meter dĺžky medzi vodičmi.
14. Otázka: Ovplyvňuje materiál drôtov magnetickú silu medzi nimi?
Odpoveď: Materiál vodičov priamo neovplyvňuje silu. Sila závisí od prúdu a vzdialenosti medzi vodičmi.
15. Otázka: Aká je úloha permeability voľného priestoru (μ₀) v sile medzi dvoma rovnobežnými vodičmi?
Odpoveď: Permeabilita voľného priestoru je konštanta, ktorá spája silu magnetického poľa s prúdom, ktorý ho spôsobuje, a objavuje sa vo vzorci pre silu medzi dvoma vodičmi, ktorými tečie prúd.
16. Otázka: Môžu magnetické sily vykonávať prácu na vodičoch?
Odpoveď: Hoci magnetické sily môžu pôsobiť na vodič, ktorým preteká prúd, nevykonávajú prácu, pretože pôsobia kolmo na smer pohybu.
17. Otázka: Ako ovplyvňujú dĺžky vodičov magnetickú silu medzi nimi?
Odpoveď: Sila je úmerná dĺžkam drôtov, ktoré sú rovnobežné a blízko seba.
18. Otázka: Existujú nejaké reálne aplikácie alebo dôsledky magnetickej sily medzi rovnobežnými vodičmi?
Odpoveď: Áno, v elektrických obvodoch, najmä v tých s vysokými prúdmi, môže magnetická interakcia medzi vodičmi spôsobiť ich pohyb, čo je potrebné zohľadniť pri návrhu.
19. Otázka: Ak je jeden drôt stočený do slučky, ako to ovplyvní magnetickú silu?
Odpoveď: Vinutý drôt alebo solenoid vytvára silnejšie magnetické pole ako rovný drôt, čím sa mení sila medzi ním a iným drôtom.
20. Otázka: Môžu sa magnetické sily medzi rovnobežnými vodičmi použiť na meranie prúdu?
Odpoveď: Áno, zariadenia ako súčty prúdov využívajú magnetickú silu medzi vodičmi na meranie prúdu tak, že ho prirovnávajú k známej mechanickej sile.
Pochopenie magnetickej sily medzi paralelnými vodičmi je základom elektromagnetizmu a má dôsledky v návrhu obvodov, elektronike a elektrotechnike.
