Nguvu ya sumaku kati ya nyaya mbili sambamba - matatizo na suluhisho
1. Viendeshaji viwili sambamba vinavyobeba mikondo I 1 na I 2 , kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Je, ukubwa na mwelekeo wa nguvu ya sumaku inayopatikana na viendeshaji vyote viwili ni upi ? (μ o = 4π. 10 -7 Wb.A -1 .m -1 )
Inajulikana:
The mkondo wa umeme 1 (Mimi1) = Ampea 3
Mkondo wa umeme 2 (I 2 ) = 5 Ampere
Upenyezaji wa nafasi huru (µo ) = 4π x 10 -7 wb A -1 m -1
Umbali kati ya kondakta zote mbili (L) = 5 cm = 5 x 10 -2 mita
SE basi: Ukuu na mwelekeo wa nguvu ya sumaku
Suluhisho:
Mwelekeo wa mkondo wa umeme kwenye kondakta 1 uko kinyume na mwelekeo wa mkondo wa umeme kwenye kondakta 2. Mikondo isiyolingana (katika pande tofauti) hutoa nguvu ya kurudisha nyuma kila mmoja.
Ukubwa wa nguvu ya sumaku:
F/l = 6 x 10-5 Newton
2. Waya mbili sambamba zinazobeba mikondo I1 na mimi2 ziko umbali wa sentimita 20. Je, ukubwa wa nguvu ya sumaku inayopatikana na kila waya ni upi (μ)?o = 4π.10-7 Wb.A-1.m-1)
Inajulikana:
Mkondo wa umeme 1 (I1) = Ampea 5
Mkondo wa umeme 2 (I 2 ) = 4 Ampere
Upenyezaji wa nafasi huru (µo ) = 4π x 10 -7 wb A -1 m -1
Umbali kati ya waya zote mbili (L) = 20 cm = 20 x 10-2 mita
SE basi: Ukubwa wa nguvu ya sumaku
Suluhisho:
Mwelekeo wa mkondo wa umeme kwenye kondakta 1 uko kinyume na mwelekeo wa mkondo wa umeme kwenye kondakta 2. Mikondo isiyolingana (katika pande tofauti) hutoa nguvu ya kurudisha nyuma kila mmoja.
Ukubwa wa nguvu ya sumaku:
F/l = 2 x 10-5 Newton
Maswali na majibu 20 ya dhana yanayohusiana na nguvu ya sumaku kati ya waya mbili sambamba:
1. Swali: Ni nini chanzo kikuu cha nguvu ya sumaku kati ya waya mbili zinazobeba mkondo sambamba?
Jibu: Nguvu ya sumaku kati ya waya mbili sambamba hutokea kutokana na mashamba ya sumaku yanayozalishwa na mikondo katika kila waya inayofanya kazi kwenye waya mwingine.
2. Swali: Je, mwelekeo wa mkondo katika waya hizo mbili unaathirije nguvu kati yao?
Jibu: Ikiwa mikondo inapita katika mwelekeo mmoja, waya huvutiana. Ikiwa mikondo inapita katika mwelekeo tofauti, waya hurudishana.
3. Swali: Kuna uhusiano gani kati ya umbali kati ya waya na nguvu ya sumaku?
Jibu: Nguvu ya sumaku ina uwiano kinyume na umbali kati ya waya. Kadri umbali unavyoongezeka, nguvu hupungua.
4. Swali: Je, ukubwa wa mkondo katika waya huathirije nguvu?
Jibu: Nguvu inalingana moja kwa moja na matokeo ya mikondo katika waya hizo mbili.
5. Swali: Nini kitatokea kwa nguvu ikiwa moja ya waya haina mkondo?
Jibu: Nguvu itakuwa sifuri kwa sababu waya isiyo na mkondo haitoi uwanja wa sumaku kuathiri waya mwingine.
6. Swali: Kwa nini nguvu ya sumaku kati ya waya mbili sambamba inachukuliwa kuwa nguvu isiyogusa?
Jibu: Nguvu hiyo inatokana na mwingiliano wa mashamba yao ya sumaku, si mguso wa moja kwa moja wa kimwili.
7. Swali: Je, uga wa sumaku unaozalishwa na waya mmoja hutofautianaje kulingana na umbali?
Jibu: Nguvu ya uwanja wa sumaku hupungua kadri umbali kutoka kwa waya unavyoongezeka.
8. Swali: Je, nguvu ya sumaku kati ya nyaya mbili zinazofanana inaweza kulindwa au kuzuiwa?
Jibu: Ingawa ni changamoto kulinda kikamilifu sehemu za sumaku, kutumia nyenzo zenye upenyezaji mkubwa wa sumaku kunaweza kuelekeza na kupunguza athari za sehemu hizo kwa kila mmoja.
9. Swali: Ikiwa waya hizo mbili ni za mlalo kwa kila mmoja, nguvu ya sumaku kati yao hubadilikaje?
Jibu: Ikiwa waya ni za mlalo na mikondo yao ikivuka njia, hazitatoa nguvu rahisi ya kuvutia au ya kuchukiza kwa kila mmoja kama waya sambamba zinavyofanya.
10. Swali: Je, mwelekeo wa nguvu ya sumaku kwenye waya unaobeba mkondo wa umeme huamuliwaje?
Jibu: Mwelekeo unaweza kuamuliwa kwa kutumia sheria ya mkono wa kulia: elekeza kidole gumba upande wa mkondo, na vidole vilivyopinda vitaonyesha mwelekeo wa uwanja wa sumaku.
11. Swali: Je, nguvu ya sumaku kati ya nyaya mbili sambamba ni nguvu kuu?
Jibu: Hapana, si nguvu kuu kwa sababu mwelekeo na ukubwa wa nguvu hutegemea mwelekeo na utengano wa waya.
12. Swali: Je, waya zinaweza kuhisi nguvu hata kama zimewekwa kwenye ombwe?
Jibu: Ndiyo, nguvu ya sumaku kati ya waya haitegemei njia; inaweza kuwepo katika ombwe.
13. Swali: Kitengo cha mkondo, Ampere, kinahusianaje na nguvu kati ya waya mbili?
Jibu: Ampere Moja hufafanuliwa kama mkondo ambao, unapotiririka katika kondakta mbili sambamba zenye urefu usio na kikomo na kuwekwa mita moja kando katika ombwe, husababisha nguvu ya 2 x 10^(-7) Newton kwa kila mita ya urefu kati ya waya.
14. Swali: Je, nyenzo za waya huathiri nguvu ya sumaku kati yao?
Jibu: Nyenzo za waya haziathiri moja kwa moja nguvu. Nguvu inategemea mkondo na umbali kati ya waya.
15. Swali: Je, upenyezaji wa nafasi huru (μ₀) una jukumu gani katika nguvu kati ya waya mbili sambamba?
Jibu: Upenyezaji wa nafasi huru ni kigezo kinachohusiana na nguvu ya uwanja wa sumaku na mkondo unaosababisha na huonekana katika fomula ya nguvu kati ya waya mbili zinazobeba mkondo.
16. Swali: Je, nguvu za sumaku zinaweza kufanya kazi kwenye waya?
Jibu: Ingawa nguvu za sumaku zinaweza kutoa nguvu kwenye waya unaobeba mkondo, hazifanyi kazi kwani hufanya kazi kwa njia inayolingana na mwelekeo wa mwendo.
17. Swali: Urefu wa waya huathiri vipi nguvu ya sumaku kati yao?
Jibu: Nguvu inalingana na urefu wa waya ambazo ni sambamba na karibu na kila mmoja.
18. Swali: Je, kuna matumizi au matokeo yoyote halisi ya nguvu ya sumaku kati ya waya sambamba?
Jibu: Ndiyo, katika saketi za umeme, hasa zile zenye mikondo ya juu, mwingiliano wa sumaku kati ya waya unaweza kusababisha zisogee, jambo ambalo linahitaji kuzingatiwa katika muundo.
19. Swali: Ikiwa waya moja imeunganishwa kwenye kitanzi, inaathirije nguvu ya sumaku?
Jibu: Waya iliyozungushwa, au solenoid, hutoa uwanja wa sumaku wenye nguvu zaidi kuliko waya ulionyooka, na kubadilisha nguvu kati yake na waya mwingine.
20. Swali: Je, nguvu za sumaku kati ya waya sambamba zinaweza kutumika kupima mkondo?
Jibu: Ndiyo, vifaa kama vile usawa wa mkondo hutumia nguvu ya sumaku kati ya waya kupima mkondo kwa kuulinganisha na nguvu inayojulikana ya mitambo.
Kuelewa nguvu ya sumaku kati ya waya sambamba ni muhimu katika sumaku-umeme na kuna athari katika usanifu wa saketi, vifaa vya elektroniki, na uhandisi wa umeme.
