Fa'ata'ita'iga o Fesili e Talanoaina ai le Malosiaga Fa'amagnetise i luga o le Uaea e Aveina le Tafega
O le malosiaga fa'amagnetika o se mea fa'aletino e aofia ai le fegalegaleaiga i le va o se fanua fa'amagnetika ma se tafe eletise. O lenei mea e fa'amatalaina e le tulafono a Ampère, lea e ta'u mai ai o se tafe eletise e tafe i totonu o se uaea e mafai ona gaosia ai se fanua fa'amagnetika. O lenei tusiga o le a otootoina ai fa'ata'ita'iga ma talanoaina ai le malosiaga fa'amagnetika i totonu o se uaea e feavea'i le tafe, lea e mafai ona fesoasoani ia te oe e malamalama atili ai i lenei manatu.
Pendahuluan
O le mea ua tupu i le maneta ua leva ona iloa talu mai aso anamua, ae o se faʻamatalaga faasaienisi mo le fegalegaleaiga i le va o tafega eletise ma fanua maneta na leʻi maua seʻia oʻo i le seneturi lona 19. O Hans Christian Ørsted o le tagata muamua lea na ia mauaina e mafai e tafega eletise ona gaosia fanua maneta. Mulimuli ane, na faʻalauteleina e André-Marie Ampère lenei sailiga e ala i le faʻatulagaina o le mea ua taʻua nei o le Tulafono a Ampère.
Manatu Faavae
1. Tulafono a Biot-Savart
E mafai ona fuafuaina le fanua maneta e gaosia e se elemene eletise laʻititi e faʻaaoga ai le tulafono Biot-Savart:
\[
dB = \frac{\mu_0}{4\pi} \cdot \frac{I \cdot (d\mathbf{l} \times \mathbf{r})}{r^3}
\]
O fea:
– \(dB\) = elemene o le fanua maneta
– \(\mu_0\) = le mafai ona tafe atu i le ea \((4\pi \times 10^{-7} \text{Tm/A})\)
– \(I\) = Tafe eletise (A)
– \(d\mathbf{l}\) = elemene umi uaea (m)
– \(\mathbf{r}\) = le vector tulaga fa'atatau i le va o le elemene o lo'o iai nei ma le tulaga mata'ituina (m)
2. Malosiaga o Lorentz
O se uaea e feaveaʻi se eletise \(I\) ma tuʻu i totonu o se fanua maneta \(B\) o le a oʻo i ai se malosi \(F\) e tuʻuina mai e:
\[
\mathbf{F} = I \cdot (\mathbf{L} \times \mathbf{B})
\]
O fea:
– \(\mathbf{F}\) = Malosiaga fa'amagnetika (N)
– \(I\) = Tafe eletise (A)
– \(\mathbf{L}\) = Umi o le uaea i le fanua maneta (m)
– \(\mathbf{B}\) = Fanua maneta (T)
Fesili Fa'ata'ita'i ma Talanoaga
Fesili 1:
O se uaea sa'o e 0.5 mita le umi ua tu'u i totonu o se fanua maneta tutusa e 0.2 Tesla. Afai e feavea'i e le uaea se tafe eletise e 3 A ma o le itu o le tafe e fa'asaga sa'o i le fanua maneta, fuafua le tele o le malosi Lorentz o lo'o fa'atinoina i luga o le uaea.
Tali:
I le faʻaaogaina o le fua faʻatatau o le malosi o Lorentz, ua ia i tatou:
\[
\mathbf{F} = I \cdot (\mathbf{L} \times \mathbf{B})
\]
E mafai ona tatou fa'amatalaina le itu o le tafe o le eletise \(I\) e tutusa ma le \(\mathbf{L}\) ma le fanua maneta \(B\) e fa'asaga tonu i le \(\mathbf{L}\).
\[
|\mathbf{F}| = I \cdot L \cdot B \cdot \sin\theta
\]
Talu ai o le tafe o le eletise ma le fanua maneta e fa'asaga sa'o (\(\theta = 90^\circ\)), o lona uiga \(\sin 90^\circ = 1\), o lea la:
\[
|\mathbf{F}| = 3 \, \text{A} \cdot 0.5 \, \text{m} \cdot 0.2 \, \text{T} \cdot 1 = 0.3 \, \text{N}
\]
Fesili 2:
O se uaea lapotopoto e 0.1 mita le lautele e feaveaʻi ai se tafe eletise e 2 A. Fuafua le fanua maneta i le ogatotonu o le liʻo.
Tali:
Fa'aaogaina o le fua fa'atatau o le fanua maneta i le ogatotonu o se li'o fa'ata'amilomilo:
\[
B = \frac{\mu_0 I}{2R}
\]
faatasi ai ma:
– \(\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{Tm/A}\)
– \(I = 2 \, \text{A}\)
– \(R = 0.1 \, \text{m}\)
O lea la:
\[
B = \frac{(4\pi \times 10^{-7} \, \text{Tm/A} \times 2 \, \text{A})}{2 \times 0.1 \, \text{m}}
= \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 2}{0.2} \, \text{T}
= 4\pi \times 10^{-6} \, \text{T}
\pe tusa ma le 1.26 \times 10^{-5} \, \text{T}
\]
Fesili 3:
E lua uaea sa'o tutusa le umi \(L\) o lo'o tu'u i se mamao \(d\) mai le tasi ma le isi. Afai e feavea'i e uaea ta'itasi se eletise \(I\) i le itu fa'afeagai, fuafua le malosi i le iunite umi o lo'o fa'atinoina i le va o uaea e lua.
Tali:
Malosiaga i le iunite umi i le va o uaea tutusa e lua o loʻo feaveaʻiina le eletise:
\[
f = \frac{\mu_0 I_1 I_2}{2\pi d}
\]
Ona o le tutusa o tafega ma le faafeagai o le itu:
\[
f = \frac{\mu_0 I^2}{2\pi d}
\]
Faataitaiga:
– \(\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7} \, \text{Tm/A}\)
– \(I_1 = I_2 = I\)
– o le \(d\) le mamao i le va o uaea.
Suia o tau i totonu o le fua fa'atatau, matou te maua:
\[
f = \frac{(4\pi \times 10^{-7}) \, I^2}{2\pi d}
= \frac{2 \times 10^{-7} I^2}{d} \, \text{N/m}
\]
I'uga
O le malamalama i le fegalegaleaiga i le va o fanua maneta ma tafega eletise e taua tele i le tele o tekinolosi faʻaonaponei, mai afi eletise i generators. I le malamalama i manatu o le malosi o Lorentz, le tulafono a Biot-Savart, ma le faʻaaogaina o fua faʻatatau o fanua maneta, e mafai ona tatou faʻaaogaina lenei malamalama i le tele o faʻafitauli ma tulaga i aso uma. O lenei tusiga ua faʻamoemoe e tuʻuina atu ai se faʻavae mautu mo le malamalama ma le foia o faʻafitauli e fesoʻotaʻi ma malosi maneta i uaea e feaveaʻi le eletise.
