Mkondo wa umeme, chaji ya umeme, uwanja wa sumaku, nguvu ya sumaku

Nyenzo kuhusu mkondo wa umeme, chaji ya umeme, uwanja wa sumaku, nguvu ya sumaku

Mnamo 1819, mwanasayansi wa Denmark aliyeitwa Hans Christian Oersted (1777–1851) aligundua uhusiano kati ya sumaku na mkondo wa umeme , au chaji zinazosonga . Aligundua kwamba sindano ya dira ilipokuwa karibu na waya uliobeba mkondo wa umeme, iligeuka. Wakati hakukuwa na mkondo wa umeme, sindano ya dira ilielekea kaskazini.

Sindano ya dira ni sumaku, kwa hivyo nguvu ya sumaku inaweza kuisogeza . Nguvu ya sumaku (F) inatoka wapi? Karibu na sindano ya dira kuna waya unaobeba mkondo wa umeme, kwa hivyo mkondo wa umeme lazima utoe nguvu ya sumaku.

Angalia picha iliyo upande wa kulia. Tumia sheria ya mkono wa kulia ili kubaini mwelekeo wa mkondo wa umeme na mwelekeo wa uwanja wa sumaku. Ikiwa mkondo wa umeme (I) unasonga juu, mwelekeo wa uwanja wa sumaku (B) utakuwa kama unavyoonyeshwa kwenye picha iliyo upande wa kushoto. Kinyume chake, ikiwa mkondo wa umeme unashuka chini, mwelekeo wa uwanja wa sumaku utakuwa kama unavyoonyeshwa kwenye picha iliyo upande wa kulia.

Sehemu ya sumaku hutoa nguvu kwenye waya inayobeba mkondo

Mkondo wa umeme unaweza kutoa nguvu kwenye sindano ya dira ya sumaku. Je, sumaku inaweza pia kutoa nguvu kwenye mkondo wa umeme?

Tuseme kuna waya unaobeba mkondo wa umeme kati ya nguzo za kaskazini na kusini za sumaku. Mshale kutoka nguzo ya kaskazini hadi nguzo ya kusini unaonyesha mwelekeo wa uwanja wa sumaku. Mshale mwekundu unaonyesha mwelekeo wa mkondo wa umeme (I) na mshale wa bluu unaonyesha mwelekeo wa nguvu ya sumaku (F).

Mwelekeo wa nguvu ya sumaku F ni sawa na mwelekeo wa mkondo wa umeme I na sawa na mwelekeo wa uwanja wa sumaku B. Tumia sheria ya mkono wa kulia ili kupata mwelekeo wa mkondo wa umeme, mwelekeo wa uwanja wa sumaku na mwelekeo wa nguvu ya sumaku.

Mlinganyo ufuatao unaelezea uhusiano kati ya nguvu ya sumaku, mkondo wa umeme na uwanja wa sumaku.

F = BI l dhambi θ

F ni ishara ya nguvu ya sumaku, B ni ishara ya uwanja wa sumaku, I ni ishara ya mkondo wa umeme, l ni ishara ya urefu wa waya katika uwanja wa sumaku.

θ ni pembe kati ya mwelekeo wa mkondo wa umeme na mwelekeo wa uwanja wa sumaku. Ikiwa mkondo wa umeme ni sawa na uwanja wa sumaku (90^o) kisha thamani ya dhambi 90 = 1 kwa hivyo fomula hubadilika kuwa F = BI l, kinyume chake ikiwa mkondo wa umeme unalingana na uwanja wa sumaku (0^o) kisha thamani ya dhambi 0 = 0 kwa hivyo nguvu ya sumaku ina thamani 0.

Ili kuhesabu uwanja wa sumaku, fomula hapo juu hubadilika kuwa: B = F / Il.

Kitengo cha Kimataifa cha Nguvu ya Sumaku ni Newton (kifupi N), na Kitengo cha Kimataifa cha Uwanja wa Sumaku ni Tesla (kifupi T). Tesla imepewa jina la mvumbuzi na mwanafizikia wa Serbia-Amerika Nikola Tesla (1856-1943). Kulingana na fomula ya uwanja wa sumaku hapo juu, uwanja wa sumaku unaweza pia kuonyeshwa katika Newtons kwa kila mita ya Ampere (N/A m). Mbali na Tesla, uwanja wa sumaku pia huonyeshwa katika vitengo vya Gauss (G). Gauss imepewa jina la mwanahisabati, mwanaastronomia, na mwanafizikia wa Ujerumani, Johann Carl Friedrich Gauss (1777-1855). 1 G = 10^-4 T.

Nguvu ya sumaku kwenye chaji ya umeme inayosonga kwenye uwanja wa sumaku

Sehemu ya sumaku inaweza kutoa nguvu ya sumaku kwenye waya unaobeba mkondo. Sehemu ya umeme ni chaji ya umeme inayosonga, kwa hivyo sehemu ya sumaku inaweza pia kutoa nguvu ya sumaku kwenye chaji za umeme zinazosonga kwa uhuru, si tu kwenye waya inayopitisha umeme.

Fomula ya kukokotoa nguvu ya sumaku kwenye chaji ya umeme inayosonga katika uwanja wa sumaku, inatokana na fomula ya nguvu ya sumaku iliyotangulia. F = BI l sin θ. Kwa sababu I = q/t na l = vt basi fomula ya nguvu ya sumaku hubadilika kuwa

Maelezo ya fomula: F = nguvu ya sumaku, B = uwanja wa sumaku, q = chaji ya umeme, v = kasi ya mwendo wa mzigo, θ = pembe kati ya v kutoka B

Kama v mkato kwa B basi θ = 90^o ambapo dhambi 90^o = 1. Kwa upande mwingine, ikiwa v sambamba na B basi θ = 0^oambapo dhambi 0^o = 0. Kwa hivyo nguvu ya sumaku ina thamani ya juu zaidi wakati v mkato kwa B na nguvu ya sumaku ni sifuri wakati v sambamba na B.

Mwelekeo wa nguvu ya sumaku F wima kwa uwanja wa sumaku B na inayolingana na kasi ya chaji ya umeme v.