Skip to main content
Global

22.10: Nguvu ya Magnetic kati ya Wafanyakazi wawili wa

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    183596

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

    • Eleza madhara ya nguvu ya magnetic kati ya waendeshaji wawili.
    • Tumia nguvu kati ya conductors mbili sambamba.

    Unaweza kutarajia kuwa kuna nguvu kubwa kati ya waya za sasa za kubeba, kwa kuwa mikondo ya kawaida huzalisha mashamba makubwa ya magnetic na mashamba haya hufanya nguvu kubwa kwenye mikondo ya kawaida. Lakini huwezi kutarajia kwamba nguvu kati ya waya hutumiwa kufafanua ampere. Inaweza pia kushangaza wewe kujifunza kwamba nguvu hii ina kitu cha kufanya na kwa nini wapigaji wa mzunguko mkubwa huwaka wakati wanajaribu kupinga mikondo mikubwa.

    Nguvu kati ya conductors mbili za muda mrefu na sambamba zilizotengwa na umbali\(r\) zinaweza kupatikana kwa kutumia kile tulichotengeneza katika sehemu zilizopita. Kielelezo\(\PageIndex{1}\) kinaonyesha waya, mikondo yao, mashamba wanayounda, na majeshi yafuatayo wanayojitahidi. Hebu tuchunguze shamba lililozalishwa na waya 1 na nguvu inayofanya kwenye waya 2 (piga nguvu\(F_{2}\)). Shamba kutokana na\(I_{1}\) umbali\(r\) hutolewa kuwa

    \[B_{1} = \frac{\mu_{0}I_{1}}{2\pi r}.\label{22.11.1}\]

    Kielelezo a inaonyesha waya mbili sambamba, wote na mikondo kwenda juu. Mstari wa shamba la magnetic wa waya wa kwanza huonyeshwa kama miduara ya makini inayozingatia waya 1 na katika ndege perpendicular kwa waya. Sehemu ya magnetic iko katika mwelekeo wa mwendo wa saa kama inavyotazamwa kutoka hapo juu. Kielelezo b kinaonyesha mtazamo kutoka juu na inaonyesha waya za sasa za kubeba kama dots mbili. Karibu waya moja ni mduara unaowakilisha mstari wa shamba la magnetic kutokana na waya hiyo. Shamba la magnetic hupita moja kwa moja kupitia waya mbili. Sehemu ya magnetic iko katika mwelekeo wa saa moja kwa moja. Nguvu ya waya mbili ni upande wa kushoto, kuelekea waya moja.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): (a) Uwanja wa magnetic unaozalishwa na conductor mrefu wa moja kwa moja ni perpendicular kwa conductor sambamba, kama ilivyoonyeshwa na RHR-2. (b) Mtazamo kutoka juu ya waya mbili inavyoonekana katika (a), na moja magnetic shamba line inavyoonekana kwa kila waya. RHR-1 inaonyesha kwamba nguvu kati ya conductors sambamba ni ya kuvutia wakati mikondo iko katika mwelekeo huo. Uchunguzi sawa unaonyesha kwamba nguvu ni ya kupuuza kati ya mikondo kwa njia tofauti.

    Sehemu hii ni sare pamoja na waya 2 na perpendicular\(F_{2}\) yake, na hivyo nguvu yake ina juu ya waya 2 hutolewa\(F = IlB sin\theta\) na\(sin \theta = 1\):\[F_{2} = I_{2}lB_{1}.\label{22.11.2}\] Kwa sheria ya tatu ya Newton, majeshi ya waya ni sawa katika ukubwa, na hivyo sisi tu kuandika\(F\) kwa ukubwa wa\(F_{2}\). (Kumbuka kuwa\(F_{1} = -F_{2}\).) Kwa kuwa waya ni ndefu sana, ni rahisi kufikiri kwa suala la\(F/l\), nguvu kwa urefu wa kitengo. Kubadilisha kujieleza kwa\(B_{1}\) katika equation mwisho na rearranging suala anatoa

    \[\frac{F}{l} = \frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi r}.\label{22.11.3}\]

    \(F/l\)ni nguvu kwa urefu wa kitengo kati ya mikondo miwili inayofanana\(I_{1}\) na\(I_{2}\) kutengwa na umbali\(r\). Nguvu ni ya kuvutia ikiwa mikondo iko katika mwelekeo huo na hupuuza ikiwa ni kinyume chake.

    Nguvu hii inawajibika kwa athari ya pinch katika arcs umeme na plasmas. Nguvu ipo kama mikondo iko kwenye waya au la. Katika arc umeme, ambapo mikondo ni kusonga sambamba na kila mmoja, kuna kivutio kwamba compresses mikondo katika tube ndogo. Katika washambuliaji wa mzunguko mkubwa, kama wale waliotumiwa katika mifumo ya usambazaji wa nguvu za jirani, athari ya pinch inaweza kuzingatia arc kati ya sahani za kubadili kujaribu kuvunja sasa kubwa, kuchoma mashimo, na hata kuwaka vifaa. Mfano mwingine wa athari ya pinch hupatikana katika plasma ya jua, ambapo jets ya vifaa vya ionized, kama vile flares za jua, zinaumbwa na nguvu za magnetic.

    Ufafanuzi wa uendeshaji wa ampere unategemea nguvu kati ya waya za sasa za kubeba. Kumbuka kuwa kwa waya sambamba zilizotengwa na mita 1 na kila kubeba ampere 1, nguvu kwa mita ni

    \[\frac{F}{l} = \frac{\left(4\pi \times 10^{-7} T \cdot m/A \right) \left( 1 A \right) ^{2}}{\left(2\pi\right)\left(1 m\right)} = 2 \times 10^{-7} N/m . \label{22.11.4}\]

    Tangu\(\mu_{0}\) ni hasa\(4\pi \times 10^{-7} T \cdot m/A\) kwa ufafanuzi\(1 T = 1 N/\left(A \cdot m\right)\), na kwa sababu, nguvu kwa mita ni hasa\(2 \times 10^{-7} N/m\). Hii ni msingi wa ufafanuzi wa uendeshaji wa ampere.

    Ufafanuzi: THE AMPERE

    Ampere moja ya sasa kupitia kila moja ya makondakta wawili sambamba ya urefu usio, kutengwa na mita moja katika nafasi tupu bila mashamba mengine magnetic, husababisha nguvu ya hasa\(2 \times 10^{-7} N/m\) juu ya kila conductor.

    Wiring usio na urefu wa moja kwa moja hauwezekani na hivyo, kwa mazoezi, usawa wa sasa hujengwa na coils ya waya iliyotengwa na sentimita chache. Nguvu inapimwa kuamua sasa. Hii pia inatupa njia ya kupima coulomb. Tunapima malipo ambayo inapita kwa sasa ya ampere moja kwa pili. Hiyo ni,\(1 C = 1 A \cdot s\). Kwa ampere na coulomb, njia ya kupima nguvu kati ya waendeshaji ni sahihi zaidi katika mazoezi.

    Muhtasari

    • Nguvu kati ya mikondo miwili inayofanana\(I_{1}\) na\(I_{2}\) kutengwa na umbali\(r\), ina ukubwa kwa urefu wa kitengo kilichotolewa na\[\frac{F}{l} = \frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi r}.\]
    • Nguvu ni ya kuvutia ikiwa mikondo iko katika mwelekeo huo huo, hupuuza ikiwa ni kinyume chake.