Skip to main content
Global

22.E: Magnetism (Mazoezi)

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    183649

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

    Maswali ya dhana

    22.1: Sumaku

    1. Volkeno na shughuli nyingine kama hizo katikati ya Atlantiki ridge extrudes vifaa kujaza pengo kati ya kutenganisha sahani tectonic kuhusishwa na drift bara. Magnetization ya miamba hupatikana kubadili kwa njia ya kuratibu na umbali kutoka kwenye barabara. Hii inamaanisha nini kuhusu uwanja wa magnetic wa Dunia na jinsi gani ujuzi wa kiwango cha kuenea unaweza kutumika kutoa rekodi yake ya kihistoria?

    22.3: Mashamba ya Magnetic na mistari ya Magnetic Field

    2. Eleza kwa nini shamba magnetic bila kuwa ya kipekee (yaani, kuwa na thamani moja) katika hatua katika nafasi ambapo magnetic shamba mistari inaweza kuvuka. (Fikiria mwelekeo wa shamba katika hatua hiyo.)

    3. Andika orodha ambazo mistari ya magnetic shamba na mistari ya shamba la umeme ni sawa. Kwa mfano, mwelekeo wa shamba ni tangent kwa mstari wakati wowote katika nafasi. Pia orodha ya njia ambazo zinatofautiana. Kwa mfano, nguvu za umeme ni sawa na mistari ya shamba la umeme, wakati nguvu ya magnetic juu ya mashtaka ya kusonga ni perpendicular kwa mistari magnetic shamba.

    4. Akibainisha kuwa mistari ya magnetic ya sumaku ya bar inafanana na mistari ya uwanja wa umeme wa jozi ya mashtaka sawa na kinyume, unatarajia shamba la magnetic kupungua kwa kasi kwa nguvu na umbali kutoka kwa sumaku? Je, hii ni sambamba na uzoefu wako na sumaku?

    5. Je, uwanja wa magnetic wa Dunia unafanana na ardhi katika maeneo yote? Ikiwa sio, ni wapi sambamba na uso? Je! Nguvu zake ni sawa katika maeneo yote? Ikiwa sio, wapi ni kubwa zaidi?

    6. Ikiwa chembe iliyoshtakiwa inakwenda kwenye mstari wa moja kwa moja kupitia eneo fulani la nafasi, unaweza kusema kwamba shamba la magnetic katika eneo hilo ni lazima sifuri?

    22.4: Nguvu ya Sumaku ya Sumaku: Nguvu juu ya Malipo ya Kusonga katika uwanja

    7. Ikiwa chembe iliyoshtakiwa inakwenda kwenye mstari wa moja kwa moja kupitia eneo fulani la nafasi, unaweza kusema kwamba shamba la magnetic katika eneo hilo ni lazima sifuri?

    22.5: Nguvu juu ya Malipo ya Kusonga katika uwanja wa Magnetic: Mifano na Maombi

    8. Je, mwendo wa chembe ya kushtakiwa unaweza kutumiwa kutofautisha kati ya magnetic na shamba la umeme?

    9. High-kasi kushtakiwa chembe inaweza kuharibu seli za kibiolojia na ni sehemu ya yatokanayo na mionzi katika maeneo mbalimbali kuanzia vifaa vya utafiti na background asili. Eleza jinsi unavyoweza kutumia shamba la magnetic ili kujilinda.

    10. Ikiwa proton ya ray ya cosmic inakaribia Dunia kutoka anga ya nje pamoja na mstari kuelekea katikati ya Dunia ambayo iko katika ndege ya ikweta, kwa njia gani itafutwa na uwanja wa magnetic wa Dunia? Nini kuhusu elektroni? Neutroni?

    11. Je! Ni ishara za mashtaka kwenye chembe katika Kielelezo?

    Mchoro unaonyesha mistari ya shamba la magnetic kwenye ukurasa. Mashtaka yanahamia kutoka chini hadi juu ya mchoro na hivyo hupatikana kwa mistari ya shamba. Chaza curves upande wa kushoto. Malipo b huenda kwenye mstari wa moja kwa moja kutoka chini hadi juu. Malipo c curves na haki.

    12. Ni ipi kati ya chembe katika Kielelezo ina kasi kubwa, kuchukua wana mashtaka sawa na raia?

    Mchoro unaonyesha mistari ya shamba la magnetic nje ya ukurasa. Chaza curves saa moja kwa moja na radius kubwa kama inakwenda kutoka chini hadi juu ya mchoro. Charge b curves clockwise na Radius ndogo sana kama hatua kutoka katikati ya chini hadi katikati ya juu ya mchoro.

    13. Ni ipi kati ya chembe katika Kielelezo ina molekuli kubwa, kuchukua wote wana mashtaka sawa na kasi?

    14. Wakati wa kufanya kazi, kufuatilia TV ya juu ya usahihi huwekwa upande wake wakati wa matengenezo. Picha kwenye kufuatilia hubadilisha rangi na hupunguza kidogo. Jadili uhusiano unaowezekana wa madhara haya kwenye uwanja wa magnetic wa Dunia.

    22.6: Athari ya Hall

    15. Jadili jinsi athari ya Hall inaweza kutumika kupata taarifa juu ya wiani wa malipo ya bure katika kondakta. (Dokezo: Fikiria jinsi drift kasi na sasa ni kuhusiana.)

    22.7: Nguvu ya Magnetic juu ya Kondakta wa Sasa wa Kube

    16. Chora mchoro wa hali katika Kielelezo kuonyesha mwelekeo wa elektroni kubeba sasa, na kutumia RHR-1 kuthibitisha mwelekeo wa nguvu kwenye waya.

    17. Thibitisha kwamba mwelekeo wa nguvu katika gari la MHD, kama vile kwenye Kielelezo, haitegemei ishara ya mashtaka yanayobeba sasa kwenye maji.

    18. Kwa nini gari la magnetohydrodynamic linafanya kazi bora katika maji ya bahari kuliko maji safi? Pia, kwa nini sumaku za superconducting zinahitajika?

    19. Ambayo ni zaidi ya kuingilia kati na masomo dira, AC sasa katika jokofu yako au DC sasa wakati wa kuanza gari yako? Eleza.

    22.8: Torque juu ya Loop Sasa: Motors na Mita

    20. Chora mchoro na utumie RHR-1 ili kuonyesha kwamba majeshi juu ya makundi ya juu na ya chini ya kitanzi cha sasa cha motor katika Kielelezo ni wima na huzalisha hakuna moment kuhusu mhimili wa mzunguko.

    22.9: Mashamba ya Magnetic Yaliyotengenezwa na Mikondo: Sheria ya Ampere

    21. Fanya kuchora na utumie RHR-2 ili kupata mwelekeo wa shamba la magnetic la kitanzi cha sasa katika motor (kama vile katika [kiungo]). Kisha onyesha kwamba mwelekeo wa moment juu ya kitanzi ni sawa na zinazozalishwa na miti kama kupindua na tofauti na miti kuvutia.

    22.10: Nguvu ya Magnetic kati ya Wafanyakazi wawili wa

    22. Je! Nguvu inavutia au ya kukataa kati ya mistari ya moto na ya neutral iliyowekwa kwenye miti ya nguvu? Kwa nini?

    23. Ikiwa una waya tatu sambamba katika ndege moja, kama katika Kielelezo, na mikondo katika mbili za nje zinazoendesha kwa njia tofauti, inawezekana kwa waya wa kati kupinduliwa na wote wawili? Kuvutia na wote wawili? Eleza.

    Mchoro kuonyesha waya tatu sambamba na kila mmoja na katika ndege moja. Maji katika waya 1 upande wa kushoto wa mchoro na waya 3 upande wa kulia wa mchoro huendesha kinyume na kila mmoja: I 1 huendesha fomu ya juu hadi kushoto ya chini; Mimi 3 huendesha kutoka kushoto chini hadi kulia juu. Waya 2 ni kati ya mbili, karibu kidogo na waya 3 kuliko waya 1.
    Tatu sambamba waya coplanar na mikondo katika mbili nje katika mwelekeo kinyume.

    24. Tuseme waya mbili za muda mrefu zinaendesha perpendicular kwa kila mmoja bila kugusa. Je, moja hutumia nguvu ya wavu kwa upande mwingine? Ikiwa ndivyo, mwelekeo wake ni nini? Je, moja exert moment wavu kwa upande mwingine? Ikiwa ndivyo, mwelekeo wake ni nini? Thibitisha majibu yako kwa kutumia sheria za mkono wa kulia.

    25. Tumia sheria za mkono wa kulia ili kuonyesha kwamba nguvu kati ya loops mbili katika Kielelezo ni ya kuvutia kama mikondo iko katika mwelekeo huo na ya kutisha ikiwa ni kinyume chake. Je, hii ni sambamba na miti kama ya loops kupindua na tofauti na miti ya loops kuvutia? Chora michoro ili kuhalalisha majibu yako.

    Mchoro unaonyesha loops mbili za sasa za kubeba. Ndege za loops ni sawa na za usawa, moja juu ya nyingine. Katika loops zote mbili, sasa inaendesha kinyume chake.
    Vipande viwili vya mikondo ya kubeba waya vinaweza kutumia nguvu na torques kwa kila mmoja.

    26. Kama moja ya loops katika Kielelezo ni tilted kidogo jamaa na nyingine na mikondo yao ni katika mwelekeo huo, ni nini maelekezo ya torques wao exert juu ya kila mmoja? Je! Hii inamaanisha kwamba miti ya mashamba ya magnet-kama vile wanayounda yatapatana na kila mmoja ikiwa loops zinaruhusiwa kuzunguka?

    27. Mistari ya shamba la umeme inaweza kulindwa na athari ya ngome ya Faraday. Tunaweza kuwa na shielding magnetic? Je, tunaweza kuwa na shielding ya mvuto?

    22.11 Matumizi zaidi ya Magnetism

    28. Vipimo vya mashamba dhaifu na yanayobadilika magnetic yanayohusiana na shughuli za ubongo huitwa magnetoencephalograms (MEGs). Je, mashamba ya magnetic ya ubongo yanamaanisha msukumo wa ujasiri wa uratibu au usiofaa? Eleza.

    29. Jadili uwezekano kwamba voltage ya Hall itazalishwa kwenye moyo unaohamia wa mgonjwa wakati wa kupiga picha ya MRI. Pia kujadili athari sawa kwenye waya za pacemaker. (Ukweli kwamba wagonjwa wenye pacemakers hawapewi MRI ni muhimu.)

    30. Mgonjwa katika kitengo cha MRI anarudi kichwa chake haraka kwa upande mmoja na hupata kizunguzungu cha muda mfupi na ladha ya ajabu kinywa chake. Jadili sababu zinazowezekana.

    31. Unaambiwa kuwa katika eneo fulani kuna sare ya umeme au magnetic shamba. Ni kipimo gani au uchunguzi unaweza kufanya ili kuamua aina? (Puuza uwanja wa magnetic wa Dunia.)

    32. Mfano wa magnetohydrodynamics (MHD) unatoka kwa mtiririko wa mto (maji ya chumvi). Maji haya yanaingiliana na uwanja wa magnetic wa Dunia ili kuzalisha tofauti kati ya mabonde mawili ya mto. Je, ungeendaje kuhusu kuhesabu tofauti tofauti?

    33. Chora mistari ya shamba la mvuto kati ya raia 2, mistari ya shamba la umeme kati ya malipo mazuri na mabaya, mistari ya shamba la umeme kati ya mashtaka 2 mazuri na mistari ya shamba la magnetic karibu na sumaku. Kuelezea kwa usawa tofauti kati ya mashamba na vyombo vinavyohusika na mistari ya shamba.

    Matatizo na Mazoezi

    22.4: Nguvu ya Sumaku ya Sumaku: Nguvu juu ya Malipo ya Kusonga katika uwanja

    34. ni mwelekeo wa nguvu magnetic juu ya malipo chanya kwamba hatua kama inavyoonekana katika kila moja ya kesi sita inavyoonekana katika Kielelezo?

    takwimu inaonyesha magnetic uwanja line mwelekeo alama na duru imara kinachoitwa B nje; kasi vector pointi chini; takwimu b inaonyesha B wadudu akizungumzia haki na v vector akizungumzia juu; takwimu c inaonyesha B katika na v na haki; takwimu d inaonyesha B vector akizungumzia haki na v vector akizungumzia kushoto; takwimu e inaonyesha B wadudu juu na v vector katika ukurasa; takwimu f inaonyesha B wadudu akizungumzia kushoto na v wadudu nje ya ukurasa

    Solution
    (a) kushoto (Magharibi)
    (b) Katika ukurasa
    (c) Up (Kaskazini)
    (d) Hakuna nguvu
    (e) haki (Mashariki)
    (f) chini (Kusini)

    35. Rudia Zoezi 34 kwa malipo hasi.

    36. ni mwelekeo wa kasi ya malipo hasi kwamba uzoefu nguvu magnetic inavyoonekana katika kila moja ya kesi tatu katika Kielelezo, kuchukua hatua perpendicular kwa\(\displaystyle B\)?

    Kielelezo a inaonyesha nguvu vector akizungumzia juu na B nje ya ukurasa. Kielelezo b inaonyesha F vector akizungumzia juu na B vector akizungumzia haki. Kielelezo c inaonyesha F vector akizungumzia upande wa kushoto na B vector akizungumzia katika ukurasa.

    Solution
    (a) Mashariki (kulia)
    (b) Katika ukurasa
    (c) Kusini (chini)

    37. Rudia Zoezi 36 kwa malipo mazuri.

    38. Ni mwelekeo gani wa uwanja wa magnetic unaozalisha nguvu ya magnetic juu ya malipo mazuri kama inavyoonekana katika kila kesi tatu katika takwimu hapa chini, kwa kuzingatia\(\displaystyle B\) ni perpendicular kwa\(\displaystyle v\)?

    Kielelezo a inaonyesha nguvu vector akizungumzia upande wa kushoto na kasi vector akizungumzia juu. Kielelezo b inaonyesha nguvu vector akizungumzia katika ukurasa na kasi vector akizungumzia chini. Kielelezo c inaonyesha nguvu vector akizungumzia juu na kasi vector akizungumzia upande wa kushoto.

    Suluhisho
    (a) Katika ukurasa
    (b) Magharibi (kushoto)
    (c) Nje ya ukurasa

    39. Kurudia Zoezi 38 kwa malipo hasi.

    40. Nguvu ya juu juu ya fimbo ya alumini na\(\displaystyle 0.100-μC\) malipo ambayo hupita kati ya miti ya sumaku ya kudumu ya 1.50-T kwa kasi ya 5.00 m/s? Katika mwelekeo gani ni nguvu?

    Solution
    \(\displaystyle 7.50×10^{−7}N\) perpendicular kwa wote mistari magnetic shamba na kasi

    41. (a) Ndege wakati mwingine hupata mashtaka madogo ya tuli. Tuseme ndege ya supersonic ina\(\displaystyle 0.500-μC\) malipo na inaruka kutokana magharibi kwa kasi ya 660 m/s juu ya pole ya kusini ya magnetic ya Dunia, ambapo uwanja wa\(\displaystyle 8.00×10^{−5}-T\) magnetic unasema moja kwa moja. Je! Ni mwelekeo gani na ukubwa wa nguvu ya magnetic kwenye ndege?

    (b) Jadili kama thamani iliyopatikana kwa sehemu (a) inamaanisha kuwa hii ni athari kubwa au isiyo na maana.

    42. (a) cosmic ray proton kusonga kuelekea Dunia katika\(\displaystyle 5.00×107^m/s\) uzoefu nguvu magnetic ya\(\displaystyle 1.70×10^{−16}N\). Nguvu ya shamba la magnetic ni nini ikiwa kuna\(\displaystyle 45º\) angle kati yake na kasi ya proton?

    (b) Je! Thamani inapatikana kwa sehemu (a) inafanana na nguvu inayojulikana ya uwanja wa magnetic wa Dunia juu ya uso wake? Jadili.

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 3.01×10^{−5}T\)
    (b) Hii ni kidogo kidogo kisha nguvu ya shamba\(\displaystyle 5×10^{−5}T\) la magnetic ya juu ya uso wa Dunia, hivyo ni thabiti.

    43. elektroni kusonga\(\displaystyle 4.00×10^3m/s\) katika uwanja 1.25-T magnetic uzoefu nguvu magnetic ya\(\displaystyle 1.40×10^{−16}N\). Je! Kasi gani ya elektroni hufanya na shamba la magnetic? Kuna majibu mawili.

    44. (a) mwanafizikia kufanya kipimo nyeti anataka kupunguza nguvu magnetic juu ya malipo ya kusonga katika vifaa vyake kwa chini ya\(\displaystyle 1.00×10^{−12}N\). Je, ni malipo gani makubwa yanaweza kuwa ikiwa inakwenda kwa kasi ya juu ya 30.0 m/s katika uwanja wa Dunia?

    (b) Jadili kama itakuwa vigumu kupunguza malipo kwa chini ya thamani iliyopatikana katika (a) kwa kulinganisha na umeme wa kawaida wa tuli na kubainisha kuwa static mara nyingi haipo.

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 6.67×10^{−10}C\) (kuchukua shamba la Dunia kuwa\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\))
    (b) Chini ya tuli ya kawaida, kwa hiyo ni vigumu

    22.5: Nguvu juu ya Malipo ya Kusonga katika uwanja wa Magnetic: Mifano na Maombi

    45. Electron ya ray ya cosmic inakwenda kwa\(\displaystyle 7.50×10^6m/s\) perpendicular kwa shamba la magnetic Dunia kwenye urefu ambapo nguvu ya shamba ni\(\displaystyle 1.00×10^{−5}T\). Je, ni radius ya njia ya mviringo elektroni ifuatavyo?

    Suluhisho
    4.27 m

    46. Proton inakwenda kwa\(\displaystyle 7.50×10^7m/s\) perpendicular kwa shamba magnetic. Shamba husababisha proton kusafiri katika njia ya mviringo ya radius 0.800 m. nguvu ya shamba ni nini?

    47. (a) Watazamaji wa Star Trek kusikia ya antimatter gari juu ya Starship Enterprise. Uwezekano mmoja wa chanzo hicho cha nishati ya baadaye ni kuhifadhi chembe za kushtakiwa za antimater katika chumba cha utupu, kinachozunguka kwenye uwanja wa magnetic, na kisha kuziondoa kama inahitajika. Antimater huangamiza na jambo la kawaida, huzalisha nishati safi. Ni nguvu gani ya magnetic shamba inahitajika kushikilia antiprotons, kusonga\(\displaystyle 5.00×10^7m/s\) katika njia ya mviringo 2.00 m katika radius? Antiprotoni zina masi sawa na protoni lakini chaji kinyume (hasi).

    (b) Je hii shamba nguvu obtainable na teknolojia ya leo au ni uwezekano futuristic?

    Solution
    (a) 0.261 T
    (b) Nguvu hii ni dhahiri obtainable na teknolojia ya leo. Nguvu za shamba la magnetic ya 0.500 T zinapatikana na sumaku za kudumu.

    48. (a) Ioni ya oksijeni-16 yenye wingi wa\(\displaystyle 2.66×10^{−26}kg\) safari kwa\(\displaystyle 5.00×10^6\) perpendicular kwa shamba la magnetic 1.20-T, ambalo linaifanya kuhamia kwenye safu ya mviringo na radius ya 0.231-m. Ni malipo gani mazuri yaliyo kwenye ion?

    (b) Uwiano wa malipo haya kwa malipo ya elektroni ni nini?

    (c) Jadili kwa nini uwiano uliopatikana katika (b) unapaswa kuwa integer.

    49. Nini radius mviringo njia gani elektroni kusafiri kama hatua kwa kasi sawa na katika uwanja huo magnetic kama proton katika Zoezi?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 4.36×10^{−4}m\)

    50. Selector kasi katika spectrometer ya molekuli hutumia shamba la magnetic 0.100-T.

    (a) Ni nguvu gani za shamba za umeme zinazohitajika ili kuchagua kasi ya\(\displaystyle 4.00×10^6\) m/s?

    (b) Je, ni voltage kati ya sahani ikiwa ni kutengwa na 1.00 cm?

    51. Electron katika TV CRT hatua kwa kasi ya\(\displaystyle 6.00×10^7m/s\), katika mwelekeo perpendicular kwa uwanja wa dunia, ambayo ina nguvu ya\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\).

    (a) Ni shamba gani la umeme linapaswa kutumiwa perpendicular kwa shamba la Dunia ili kufanya elektroni hatua katika mstari wa moja kwa moja?

    (b) Ikiwa hii imefanywa kati ya sahani zilizotengwa na cm 1.00, ni nini voltage inatumiwa? (Kumbuka kwamba TV kawaida huzungukwa na nyenzo za ferromagnetic ili kulinda dhidi ya mashamba ya nje ya magnetic na kuepuka haja ya marekebisho hayo.)

    Suluhisho
    (a) 3.00 kV/m
    (b) 30.0 V

    52. (a) Kwa kasi gani protoni itahamia katika njia ya mviringo ya radius sawa na elektroni katika Zoezi?

    (b) Radi ya njia ingekuwa nini ikiwa protoni ilikuwa na kasi sawa na elektroni?

    (c) Radius ingekuwa nini ikiwa protoni ilikuwa na nishati sawa ya kinetic kama elektroni?

    (d) kasi sawa?

    53. Spectrometer ya molekuli inatumiwa kutenganisha oksijeni ya kawaida-16 kutoka oksijeni ya kawaida ya 18, iliyochukuliwa kutoka sampuli ya barafu la zamani la glacial. (Wingi wa jamaa wa isotopu hizi za oksijeni ni kuhusiana na joto la hali ya hewa wakati barafu lilipowekwa.) Uwiano wa raia wa ions hizi mbili ni 16 hadi 18, wingi wa oksijeni-16 ni\(\displaystyle 2.66×10^{−26}kg\), na wao ni moja kwa moja kushtakiwa na kusafiri\(\displaystyle 5.00×10^6m/s\) katika uwanja wa magnetic 1.20-T. Je! Ni tofauti gani kati ya njia zao wakati wanapiga lengo baada ya kupitisha semicircle?

    Suluhisho
    0.173 m

    54. (a) Triply kushtakiwa uranium-235 na uranium-238 ions ni kutengwa katika spectrometer molekuli. (Uranium-235 rarer sana hutumiwa kama mafuta ya reactor.) Misa ya ions ni\(\displaystyle 3.90×10^{−25}kg\) na\(\displaystyle 3.95×10^{−25}kg\), kwa mtiririko huo, na husafiri\(\displaystyle 3.00×10^5m/s\) kwenye uwanja wa 0.250-T. Je! Ni tofauti gani kati ya njia zao wakati wanapiga lengo baada ya kupitisha semicircle? (b) Jadili kama umbali huu kati ya njia zao unaonekana kuwa kubwa ya kutosha kuwa na vitendo katika kujitenga kwa uranium-235 kutoka uranium-238.

    22.6: Athari ya Hall

    55. Maji makubwa ya maji ni 2.50 m mduara na kasi ya maji ya wastani ni 6.00 m/s Kupata voltage ya Hall zinazozalishwa ikiwa bomba inaendesha perpendicular kwa\(\displaystyle 5.00×10^{−5}-T\) shamba la Dunia.

    Suluhisho
    \(\displaystyle 7.50×10^{−4}V\)

    56. Ni voltage gani ya Hall inayozalishwa na shamba la 0.200-T linalotumiwa kwenye aorta ya kipenyo cha 2.60-cm wakati kasi ya damu ni 60.0 cm/s?

    57. (a) Ni kasi gani ya ndege ya supersonic yenye wingspan ya 17.0 m, ikiwa inakabiliwa na voltage ya Hall ya 1.60-V kati ya vidokezo vyake vya mrengo wakati wa ndege ya ngazi juu ya pole ya magnetic ya kaskazini, ambapo nguvu ya shamba la Dunia ni\(\displaystyle 8.00×10^{−5}T\)?

    (b) Eleza kwa nini kidogo sana mtiririko wa sasa kutokana na voltage hii Hall.

    Solution
    (a)\(\displaystyle 1.18 × 10^3 m/s\)
    (b) Mara baada ya kuanzishwa, Hall emf inasubu mashtaka mwelekeo mmoja na nguvu magnetic vitendo katika mwelekeo kinyume na kusababisha hakuna nguvu wavu juu ya mashtaka. Kwa hiyo, hakuna mtiririko wa sasa katika mwelekeo wa Hall EMF. Hii ni sawa na katika conductor ya sasa ya kubeba-sasa haina mtiririko katika mwelekeo wa Hall emf.

    58. Mita ya maji isiyo ya kawaida inaweza kutumia athari ya Hall kwa kutumia shamba la magnetic kwenye bomba la chuma na kupima voltage ya Hall zinazozalishwa. Je, ni wastani wa kasi ya maji katika bomba la kipenyo cha 3.00-cm, ikiwa shamba la 0.500-T hela linajenga voltage ya Hall 60.0-mV?

    59. Tumia voltage ya Hall ikiwa juu ya moyo wa mgonjwa wakati unapopigwa na kitengo cha MRI. Takriban njia ya uendeshaji kwenye ukuta wa moyo na waya urefu wa 7.50 cm ambayo huenda saa 10.0 cm/s perpendicular kwa shamba la magnetic 1.50-T.

    Suluhisho
    11.3 mV

    60. Probe Hall sanifu kusoma\(\displaystyle 1.00 μV\) wakati kuwekwa katika uwanja 2.00-T ni kuwekwa katika uwanja 0.150-T. Je, ni voltage yake ya pato?

    61. Kutumia habari katika [kiungo], voltage ya Hall ingekuwa nini ikiwa shamba la 2.00-T linatumika kwenye waya wa shaba ya kupima 10 (kipenyo cha 2.588 mm) kinachobeba sasa 20.0-A?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 1.16 μV\)

    62. Onyesha kwamba voltage ya Hall kwenye waya iliyofanywa kwa nyenzo sawa, kubeba mikondo inayofanana, na inakabiliwa na uwanja huo wa magnetic ni inversely sawia na kipenyo chao. (Kidokezo: Fikiria jinsi kasi ya drift inategemea mduara wa waya.)

    63. Mgonjwa aliye na pacemaker anajitokeza kwa makosa kwa picha ya MRI. Sehemu ya urefu wa 10.0-cm ya waya ya pacemaker inakwenda kwa kasi ya 10.0 cm/s perpendicular kwa uwanja wa magnetic wa kitengo cha MRI na voltage ya 20.0-mV Hall inasababishwa. Nguvu ya shamba la magnetic ni nini?

    Suluhisho
    2.00 T

    22.7: Nguvu ya Magnetic juu ya Kondakta wa Sasa wa Kube

    64. Ni mwelekeo gani wa nguvu ya magnetic juu ya sasa katika kila kesi sita katika Kielelezo?

    Kielelezo a inaonyesha shamba magnetic B nje ya ukurasa na sasa mimi kushuka. Kielelezo b inaonyesha B kuelekea haki na mimi zaidi. Kielelezo c inaonyesha B ndani ya ukurasa na mimi kuelekea haki. Kielelezo d inaonyesha B kuelekea kulia na mimi kuelekea kushoto. Kielelezo e inaonyesha B zaidi na mimi katika ukurasa. Kielelezo f inaonyesha B kuelekea upande wa kushoto na mimi nje ya ukurasa.

    Solution
    (a) magharibi
    (kushoto) (b) katika ukurasa
    (c) kaskazini (up)
    (d) hakuna nguvu
    (e) mashariki (kulia)
    (f) kusini (chini)

    65. ni mwelekeo wa sasa kwamba uzoefu nguvu magnetic inavyoonekana katika kila moja ya kesi tatu katika Kielelezo, kuchukua anaendesha sasa perpendicular kwa\(\displaystyle B\)?

    Kielelezo inaonyesha magnetic shamba B nje ya ukurasa na nguvu F zaidi. Kielelezo b inaonyesha B kuelekea haki na F zaidi. Kielelezo c kinaonyesha B ndani ya ukurasa na F kuelekea kushoto.

    66. ni mwelekeo wa shamba magnetic ambayo inazalisha nguvu magnetic inavyoonekana kwenye mikondo katika kila moja ya kesi tatu katika Kielelezo, kuchukua\(\displaystyle B\) ni perpendicular kwa\(\displaystyle I\)?

    Kielelezo show sasa mimi vector akizungumzia zaidi na nguvu F vector akizungumzia kushoto. Kielelezo b inaonyesha vector sasa akizungumzia chini na F kuelekezwa katika ukurasa. Kielelezo c inaonyesha sasa akizungumzia kushoto na nguvu akizungumzia juu.

    Suluhisho
    (a) kwenye ukurasa
    (b) magharibi (kushoto)
    (c) nje ya ukurasa

    67. (a) Ni nguvu gani kwa kila mita kwenye bolt ya umeme kwenye ikweta ambayo hubeba 20,000 A perpendicular kwa\(\displaystyle 3.00×10^{−5}-T\) shamba la Dunia?

    (b) Mwelekeo wa nguvu ni nini ikiwa sasa ni sawa na mwelekeo wa shamba la Dunia unatokana kaskazini, sawa na ardhi?

    68. (a) Mstari wa nguvu wa DC kwa mfumo wa reli ya mwanga hubeba 1000 A\(\displaystyle 30.0º\) kwa pembe ya\(\displaystyle 5.00×10^{−5}-T\) shamba la Dunia. Ni nguvu gani kwenye sehemu ya 100-m ya mstari huu?

    (b) Jadili masuala ya vitendo zawadi hii, kama ipo.

    Suluhisho
    (a) 2.50 N
    (b) Hii ni karibu nusu ya pound ya nguvu kwa 100 m ya waya, ambayo ni chini sana kuliko uzito wa waya yenyewe. Kwa hiyo, haina kusababisha wasiwasi wowote maalum.

    69. Ni nguvu gani inayotumiwa juu ya maji katika gari la MHD kwa kutumia tube ya kipenyo cha 25.0 cm, ikiwa sasa 100-A inapitishwa kwenye tube ambayo ni perpendicular kwa shamba la magnetic 2.00-T? (Ukubwa mdogo wa nguvu hii inaonyesha haja ya mikondo kubwa sana na mashamba ya magnetic kufanya vitendo vya MHD.)

    70. Waya inayobeba 30.0-A sasa hupita kati ya miti ya sumaku yenye nguvu ambayo ni perpendicular kwa shamba lake na hupata nguvu ya 2.16-N kwenye 4.00 cm ya waya katika shamba. Nguvu ya shamba wastani ni nini?

    Suluhisho
    1.80 T

    71. (a) Sehemu ya urefu wa 0.750 m ya cable inayobeba sasa kwenye motor ya mwanzo wa gari hufanya angle ya 60º na\(\displaystyle 5.50×10^{−5}T\) shamba la Dunia. Ni nini sasa wakati waya uzoefu nguvu ya\(\displaystyle 7.00×10^{−3}N\)?

    (b) Ikiwa unatumia waya kati ya miti ya sumaku yenye nguvu ya farasi, ikitoa 5.00 cm ya shamba la 1.75-T, ni nguvu gani inayofanywa kwenye sehemu hii ya waya?

    72. (a) Ni pembe gani kati ya waya inayobeba sasa ya 8.00-A na shamba la 1.20-T iko ikiwa 50.0 cm ya waya hupata nguvu ya magnetic ya 2.40 N? (b) Ni nguvu gani kwenye waya ikiwa inazungushwa ili kufanya angle ya\(\displaystyle 90º\) na shamba?

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 30º\)
    (b) 4.80 N

    73. Nguvu kwenye kitanzi cha mstatili wa waya katika uwanja wa magnetic katika Kielelezo inaweza kutumika kupima nguvu za shamba. Shamba ni sare, na ndege ya kitanzi ni perpendicular kwa shamba.

    (a) Ni mwelekeo gani wa nguvu ya magnetic kwenye kitanzi? Thibitisha madai kwamba nguvu za pande za kitanzi ni sawa na kinyume, bila kujitegemea ni kiasi gani cha kitanzi kilicho kwenye shamba na haziathiri nguvu ya wavu kwenye kitanzi.

    (b) Ikiwa sasa ya 5.00 A inatumiwa, ni nguvu gani kwa tesla kwenye kitanzi cha 20.0 cm pana?

    Mchoro unaonyesha kitanzi cha mstatili wa waya, mwisho mmoja ambao ni ndani ya shamba la magnetic ambalo lipo ndani ya eneo la mviringo. Shamba B linaelekezwa nje ya ukurasa. Ya sasa mimi inaendesha ndege ya ukurasa, chini ya upande wa kushoto wa mzunguko, kuelekea kulia chini ya mzunguko, na juu upande wa kulia wa mzunguko. Urefu wa sehemu ya waya inayoendesha kushoto kwenda kulia chini ya mzunguko ni sentimita ishirini kwa muda mrefu.
    Kitanzi cha mstatili cha waya kinachobeba sasa ni perpendicular kwa shamba la magnetic. Shamba ni sare katika eneo lililoonyeshwa na ni sifuri nje ya eneo hilo.

    22.8: Torque juu ya Loop Sasa: Motors na Mita

    74. (a) Kwa asilimia ngapi kasi ya motor ilipungua ikiwa sumaku zake za kudumu zinapoteza 5.0% ya nguvu zao?

    (b) Ni asilimia ngapi ingekuwa mahitaji ya sasa ya kuongezeka ili kurudi moment kwa maadili ya awali?

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle τ\) hupungua kwa 5.00% ikiwa B itapungua kwa 5.00%
    (b) ongezeko la 5.26%

    75. (a) Je, ni kasi gani ya kiwango cha juu kwenye kitanzi cha mraba cha 150 cha waya 18.0 cm upande ambao hubeba sasa 50.0-A katika uwanja wa 1.60-T?

    (b) Ni nini moment wakati\(\displaystyle θ\) ni\(\displaystyle 10.9º\)?

    76. Kupata sasa kwa njia ya kitanzi zinahitajika kujenga moment upeo wa\(\displaystyle 9.00 N⋅m\). Kitanzi kina zamu za mraba 50 ambazo ni 15.0 cm upande na iko katika sare 0.800-T sumaku shamba.

    Suluhisho
    10.0 A

    77. Tumia nguvu za shamba la magnetic zinazohitajika kwenye kitanzi cha mraba cha 200-kugeuka 20.0 cm upande ili kuunda wakati wa juu wa\(\displaystyle 300 N⋅m\) ikiwa kitanzi kinabeba 25.0 A.

    78. Kwa kuwa equation kwa moment juu ya kitanzi sasa kubeba ni\(\displaystyle τ=NIABsinθ\), vitengo ya vitengo\(\displaystyle N⋅m\) lazima sawa ya\(\displaystyle A⋅m^2T\). Thibitisha hili.

    Suluhisho
    \(\displaystyle A⋅m^2⋅T=A⋅m^2(\frac{N}{A⋅m})=N⋅m\)

    79. (a)\(\displaystyle θ\) Ni pembe gani wakati wa kitanzi cha sasa 90.0% ya kiwango cha juu?

    (b) 50.0% ya kiwango cha juu?

    (c) 10.0% ya kiwango cha juu?

    80. Protoni ina shamba la magnetic kutokana na spin yake kwenye mhimili wake. Shamba ni sawa na ile iliyoundwa na kitanzi cha sasa cha mviringo\(\displaystyle 0.650×10^{−15}m\) katika radius na sasa ya\(\displaystyle 1.05×10^4A\) (hakuna kidding). Kupata moment upeo juu ya proton katika 2.50-T shamba. (Hii ni moment muhimu juu ya chembe ndogo.)

    Suluhisho
    \(\displaystyle 3.48×10^{−26}N⋅m\)

    81. (a) Kitanzi cha mviringo cha mviringo cha urefu wa 50.0 cm ni wima, na mhimili wake kwenye mstari wa mashariki-magharibi. Sasa ya 100 A huzunguka saa moja kwa moja katika kitanzi inapotazamwa kutoka mashariki. Shamba la Dunia hapa ni kutokana kaskazini, sambamba na ardhi, na nguvu ya\(\displaystyle 3.00×10^{−5}T\). Je! Ni mwelekeo gani na ukubwa wa wakati juu ya kitanzi?

    (b) Je! Kifaa hiki kina maombi yoyote ya vitendo kama motor?

    82. Rudia Zoezi, lakini kwa kitanzi amelazwa gorofa juu ya ardhi na sasa yake mzunguko kinyume (wakati kutazamwa kutoka juu) katika eneo ambapo uwanja wa Dunia ni kaskazini, lakini kwa pembeni\(\displaystyle 45.0º\) chini ya usawa na kwa nguvu ya\(\displaystyle 6.00×10^{−5}T\).

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 0.666 N⋅m\) magharibi
    (b) Hii sio wakati muhimu sana, hivyo matumizi ya vitendo yatakuwa mdogo. Pia, sasa ingehitaji kubadilishwa ili kufanya kitanzi kugeuka (vinginevyo ingekuwa oscillate).

    22.10: Nguvu ya Magnetic kati ya Wafanyakazi wawili wa

    83. (a) waya za moto na zisizo na upande zinazotoa nguvu za DC kwenye treni ya abiria ya reli hubeba 800 A na hutenganishwa na cm 75.0. Ukubwa na mwelekeo wa nguvu kati ya 50.0 m ya waya hizi ni nini?

    (b) Jadili matokeo ya vitendo ya nguvu hii, ikiwa ipo.

    Solution
    (a) 8.53 N, repulsive
    (b) Nguvu hii ni ya kutisha na kwa hiyo hakuna hatari kwamba waya mbili zitagusa na mzunguko mfupi.

    84. Nguvu kwa mita kati ya waya mbili za cable ya jumper zinazotumiwa kuanza gari lililosimamishwa ni 0.225 N/m.

    (a) Ni nini sasa katika waya, kutokana na wao ni kutengwa na 2.00 cm?

    (b) Je! Nguvu inavutia au ya kutisha?

    85. Sehemu 2.50-m ya waya kusambaza sasa kwa motor ya manowari iliyojaa hubeba 1000 A na anahisi nguvu ya kukataa 4.00-N kutoka waya sambamba 5.00 cm mbali. Je! Ni mwelekeo gani na ukubwa wa sasa katika waya mwingine?

    Suluhisho
    400 A katika mwelekeo kinyume

    86. Waya kubeba 400 A kwa motor ya treni ya abiria anahisi nguvu ya kuvutia ya\(\displaystyle 4.00×10^{−3}N/m\) kutokana na waya sambamba kubeba 5.00 A kwa headlight.

    (a) Ni mbali gani waya?

    (b) Je, mikondo katika mwelekeo huo?

    87. Kamba ya vifaa vya AC ina waya zake za moto na zisizo na upande zilizotengwa na 3.00 mm na hubeba sasa ya 5.00-A.

    (a) Nguvu ya wastani kwa mita kati ya waya katika kamba ni nini?

    (b) Nguvu ya juu kwa mita kati ya waya ni nini?

    (c) Je, majeshi ya kuvutia au ya kutisha?

    (d) Je, kamba za vifaa zinahitaji vipengele maalum vya kubuni ili kulipa fidia kwa majeshi haya?

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 1.67×10^{−3}N/m\)
    (b)\(\displaystyle 3.33×10^{−3}N/m\)
    (c) Repulsive
    (d) Hapana, haya ni vikosi vidogo sana

    88. Kielelezo kinaonyesha waya mrefu wa moja kwa moja karibu na kitanzi cha sasa cha mstatili. Je! Ni mwelekeo gani na ukubwa wa nguvu ya jumla kwenye kitanzi?

    Mchoro unaonyesha waya mbili za sasa za kubeba. Wire 1 ni juu na anaendesha kushoto kwenda kulia na sasa I 1 ya amps kumi na tano pia mbio kushoto kwenda kulia. Waya 2 hufanya mzunguko wa mraba kumi sentimita za sifuri katika mwelekeo wa wima na sentimita thelathini ya sifuri katika mwelekeo usio na usawa. Upande wa juu wa Wire 2 ni saba sentimita tano sifuri chini ya waya 1. Ya sasa katika waya 2 ni hatua ya thelathini ya sifuri amps na inaendesha kinyume chake: kushoto kwenda kulia chini, upande wa kulia, kulia kwenda kushoto juu, na chini upande wa kushoto.

    89. Kupata mwelekeo na ukubwa wa nguvu kwamba kila uzoefu waya katika Kielelezo (a) na, kutumia vector Aidha.

    Kielelezo a inaonyesha sehemu za msalaba wa waya tatu ambazo zinafanana na zinapangwa katika pembetatu ya equilateral. Waya wa kushoto wa chini una sasa ya amps kumi ya sifuri kwenye ukurasa. Waya wa chini wa kulia una sasa ya amps ya sifuri ya ishirini pia kwenye ukurasa. Waya juu ya pembetatu ina sasa tano uhakika sifuri amps nje ya ukurasa. Pembetatu ambayo waya hufanya kwa kila mmoja ni sentimita kumi za sifuri kila upande. Kielelezo b inaonyesha waya nne sambamba mpangilio katika mraba yaani ishirini uhakika sifuri sentimita upande. Wiring mbili za juu zina sasa ya amps kumi za sifuri nje ya ukurasa. Waya mbili za chini zina sasa ya amps tano za sifuri kwenye ukurasa.

    Suluhisho
    (a) Waya wa juu:\(\displaystyle 2.65×10^{−4}N/m\) s,\(\displaystyle 10.9º\) upande wa kushoto wa juu
    (b) Waya wa chini wa kushoto:\(\displaystyle 3.61×10^{−}4N/m, 13.9º\) chini kutoka kulia
    (c) Waya wa chini wa kulia:\(\displaystyle 3.46×10^{−4}N/m, 30.0º\) chini kutoka kushoto

    90. Pata mwelekeo na ukubwa wa nguvu ambazo kila waya hupata kwenye Kielelezo (b), ukitumia kuongeza vector.

    22.11 Matumizi zaidi ya Magnetism

    91. Kuonyesha kama shamba magnetic kuundwa katika kila moja ya hali tatu inavyoonekana katika Kielelezo ni ndani au nje ya ukurasa upande wa kushoto na kulia wa sasa.

    Kielelezo inaonyesha sasa mimi mbio kutoka chini hadi juu. Kielelezo b inaonyesha elektroni kusonga kwa kasi v kutoka chini hadi juu. Kielelezo c inaonyesha sasa mimi mbio kutoka juu hadi chini.

    Suluhisho
    (a) haki-ndani ya ukurasa, kushoto-nje ya ukurasa
    (b) haki ya nje ya ukurasa, kushoto-kwenye ukurasa
    (c) haki ya nje ya ukurasa, kushoto-kwenye ukurasa

    92. Je! Ni maelekezo gani ya mashamba katikati ya kitanzi na coil zilizoonyeshwa kwenye Kielelezo?

    Kielelezo a inaonyesha sasa katika kitanzi, mbio kinyume chake. Kielelezo b inaonyesha sasa katika coil mbio kutoka kushoto kwenda kulia. Kielelezo c inaonyesha sasa katika coil mbio kutoka kulia kwenda kushoto.

    93. Je! Ni maelekezo gani ya mikondo katika kitanzi na coils iliyoonyeshwa kwenye Kielelezo?

    Kielelezo a inaonyesha shamba magnetic katika ukurasa katikati ya kitanzi. Kielelezo b kinaonyesha shamba la magnetic ndani ya coil inayoendesha kutoka kushoto kwenda kulia. Kielelezo c inaonyesha B mbio kutoka kulia kwenda kushoto ndani ya coil.

    Solution
    a) clockwise
    (b) clockwise kama inavyoonekana kutoka kushoto
    (c) clockwise kama inavyoonekana kutoka kulia

    94. Kuona kwa nini MRI hutumia chuma ili kuongeza shamba la magnetic linaloundwa na coil, hesabu ya sasa inahitajika katika coil ya mviringo ya mita 400-kitanzi 0.660 m katika radius ili kujenga shamba la 1.20-T (mfano wa chombo cha MRI) katikati yake bila ya sasa ya chuma. Sehemu ya magnetic ya protoni ni takriban kama ile ya kitanzi cha sasa cha mviringo\(\displaystyle 0.650×10^{−15}m\) katika kubeba radius\(\displaystyle 1.05×10^4A\). Shamba ni katikati ya kitanzi hicho?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 1.01×10^{13}T\)

    95. Ndani ya motor, 30.0 A hupita kupitia kitanzi cha mviringo cha 250 ambacho ni 10.0 cm katika radius. Nguvu ya shamba la magnetic imeundwa katikati yake?

    96. Submarines zisizo za nyuklia hutumia betri kwa nguvu wakati zimejaa.

    (a) Pata shamba la magnetic 50.0 cm kutoka waya moja kwa moja inayobeba 1200 A kutoka kwa betri hadi utaratibu wa gari wa manowari.

    (b) Ni shamba gani ikiwa waya na kutoka kwa utaratibu wa gari ni upande kwa upande?

    (c) Jadili madhara hii inaweza kuwa kwa dira juu ya manowari ambayo si shielded.

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 4.80×10^{−4}T\)
    (b) Zero
    (c) Ikiwa waya haziunganishwa, shamba hilo lina nguvu zaidi ya mara 10 kuliko uwanja wa magnetic wa Dunia na hivyo inaweza kuharibu sana matumizi ya dira.

    97. Ni nguvu gani shamba la magnetic ndani ya solenoid yenye zamu 10,000 kwa mita ambayo hubeba 20.0 A?

    98. Nini sasa inahitajika katika solenoid ilivyoelezwa katika Zoezi kuzalisha shamba magnetic\(\displaystyle 10^4\) mara uwanja wa dunia magnetic ya\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\)?

    Suluhisho
    39.8 A

    99. Jinsi mbali na cable starter ya gari, kubeba 150 A, lazima uwe na uzoefu wa shamba chini ya Dunia (\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\))? Fikiria waya mrefu wa moja kwa moja hubeba sasa. (Katika mazoezi, mwili wa gari yako ngao dira dashibodi.)

    100. Vipimo vinaathiri mfumo unaopimwa, kama vile kitanzi cha sasa katika [kiungo].

    (a) Tathmini shamba kitanzi hujenga kwa kuhesabu shamba katikati ya kitanzi cha mviringo 20.0 cm kipenyo cha kubeba 5.00 A.

    (b) Nguvu ndogo zaidi ya shamba kitanzi hiki kinaweza kutumika kupima, ikiwa shamba lake lazima libadilishe shamba lililopimwa kwa chini ya 0.0100%?

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 3.14×10^{−5}T\)
    (b) 0.314 T

    101. Kielelezo kinaonyesha waya mrefu wa moja kwa moja tu kugusa kitanzi kinachobeba sasa\(\displaystyle I_1\). Wote wawili wamelala katika ndege moja.

    (a) Ni mwelekeo gani lazima sasa\(\displaystyle I_2\) katika waya moja kwa moja kuunda shamba katikati ya kitanzi katika mwelekeo kinyume na ile iliyoundwa na kitanzi?

    (b) Ni nini uwiano wa\(\displaystyle I_1/I_2\) kwamba anatoa sifuri shamba nguvu katika kituo cha kitanzi?

    (c) Ni mwelekeo gani wa shamba moja kwa moja juu ya kitanzi chini ya hali hii?

    Wiring mbili zinaonyeshwa. Waya moja ni katika kitanzi cha redio R na ina sasa mimi moja. Waya mbili ni sawa na huendesha diagonally kutoka chini kushoto kwenda kulia juu na sasa mimi mbili

    102. Kupata ukubwa na mwelekeo wa shamba magnetic katika hatua equidistant kutoka waya katika [kiungo] (a), kwa kutumia sheria ya kuongeza vector kwa jumla michango kutoka kila waya.

    Suluhisho
    \(\displaystyle 7.55×10^{−5}T, 23.4º\)

    103. Kupata ukubwa na mwelekeo wa shamba magnetic katika hatua equidistant kutoka waya katika [kiungo] (b), kwa kutumia sheria ya kuongeza vector kwa jumla michango kutoka kila waya.

    104. Nini sasa inahitajika kwenye waya wa juu katika [kiungo] (a) ili kuzalisha shamba la sifuri kwa kiwango cha equidistant kutoka kwa waya, ikiwa mikondo katika waya mbili za chini ni 10.0 A kwenye ukurasa?

    Suluhisho
    10.0 A

    105. Tumia ukubwa wa shamba la magnetic 20 m chini ya mstari wa nguvu ya voltage. Mstari hubeba MW 450 kwa voltage ya 300,000 V.

    106. Dhana Jumuishi

    (a) Pendulum imewekwa ili bob yake (disk nyembamba ya shaba) inapita kati ya miti ya sumaku ya kudumu kama inavyoonekana kwenye Mchoro. Je, ni ukubwa na mwelekeo wa nguvu ya magnetic kwenye bob kwenye hatua ya chini kabisa katika njia yake, ikiwa ina\(\displaystyle 0.250 μC\) malipo mazuri na hutolewa kutoka urefu wa 30.0 cm juu ya hatua yake ya chini kabisa? Nguvu ya shamba la magnetic ni 1.50 T.

    (b) Je! Ni kasi gani ya bob chini ya swing yake ikiwa wingi wake ni gramu 30.0 na imefungwa kwenye kamba rahisi? Hakikisha kuingiza mchoro wa mwili wa bure kama sehemu ya uchambuzi wako.

    Mchoro unaonyesha pendulum inayozunguka kati ya miti ya sumaku. Sehemu ya magnetic B inaendesha kutoka kaskazini hadi pole ya kusini.

    Suluhisho
    (a)\(\displaystyle 9.09×10^{−7}N\) juu
    (b)\(\displaystyle 3.03×10^{−5}m/s^2\)

    107. Dhana Jumuishi

    (a) Nini voltage itaharakisha elektroni kwa kasi ya\(\displaystyle 6.00×10^{6}m/s\)?

    (b) Pata radius ya curvature ya njia ya protoni iliyoharakishwa kupitia uwezo huu katika uwanja wa 0.500-T na ulinganishe hili na radius ya curvature ya elektroni iliyoharakishwa kupitia uwezo huo.

    108. Dhana Jumuishi

    Pata radius ya curvature ya njia ya proton 25.0-MEV inayohamia perpendicularly kwenye uwanja wa 1.20-T wa cyclotron.

    Suluhisho
    60.2 cm

    109. Dhana Jumuishi

    Ili kujenga mita ya maji isiyo ya kawaida, shamba la magnetic 0.500-T linawekwa kwenye bomba la maji ya usambazaji nyumbani na voltage ya Hall imeandikwa.

    (a) Pata kiwango cha mtiririko katika lita kwa pili kupitia bomba la kipenyo cha 3.00-cm-ikiwa voltage ya Hall ni 60.0 mV.

    (b) Je, voltage ya Hall ingekuwa kwa kiwango sawa cha mtiririko kupitia bomba la kipenyo cha 10.0-sentimita na shamba moja linatumika?

    110. Dhana Jumuishi

    (a) Kutumia maadili yaliyotolewa kwa ajili ya gari MHD katika Zoezi, na kuchukua nguvu ni enhetligt kutumika kwa maji, mahesabu ya shinikizo iliyoundwa katika\(\displaystyle N/m^2\).

    (b) Je, hii ni sehemu kubwa ya anga?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 1.02×10^3N/m^2\)
    (a) (b) Si sehemu kubwa ya anga

    111. Dhana Jumuishi

    (a) Tumia kasi ya juu ya mzunguko wa 50, 1.50 cm radius mviringo sasa kitanzi kubeba\(\displaystyle 50 μA\) katika uwanja 0.500-T.

    (b) Ikiwa coil hii itatumiwa katika galvanometer ambayo inasoma kiwango\(\displaystyle 50 μA\) kamili, ni nguvu gani ya mara kwa mara ya spring inapaswa kutumika, ikiwa imefungwa 1.00 cm kutoka kwenye mhimili wa mzunguko na imetambulishwa na\(\displaystyle 60º\) arc iliyohamishwa?

    112. Dhana Jumuishi

    Uwiano wa sasa unaotumiwa kufafanua ampere umeundwa ili sasa kwa njia hiyo ni mara kwa mara, kama umbali kati ya waya. Hata hivyo, ikiwa waya zinabadilika urefu na joto, nguvu kati yao itabadilika. Ni asilimia gani inayobadilika kwa nguvu kwa shahada itatokea ikiwa waya ni shaba?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 17.0×10^{−4}%/ºC\)

    113. Dhana Jumuishi

    (a) Onyesha kwamba kipindi cha mzunguko wa mviringo wa chembe iliyoshtakiwa inayohamia perpendicularly kwenye uwanja wa sare ya magnetic ni\(\displaystyle T=2πm/(qB)\).

    (b) Mzunguko ni nini\(\displaystyle f\)?

    (c) Kasi ya angular ni nini\(\displaystyle ω\)? Kumbuka kuwa matokeo haya yanajitegemea kasi na radius ya obiti na, kwa hiyo, ya nishati ya chembe. (Kielelezo.)

    Mchoro wa cyclotron.


    Cyclotrons kuharakisha chembe kushtakiwa zinazozunguka katika uwanja magnetic kwa kuweka AC voltage juu ya Dees chuma, kati ya ambayo chembe hoja, ili nishati ni aliongeza mara mbili kila obiti. Mzunguko ni wa mara kwa mara, kwani ni huru ya nishati ya chembe—radius ya obiti huongezeka tu kwa nishati mpaka chembe zinakaribia makali na zinatolewa kwa majaribio na matumizi mbalimbali.

    114. Dhana Jumuishi

    Cyclotron kuchochea kasi chembe kushtakiwa kama inavyoonekana katika Kielelezo. Kutumia matokeo ya tatizo la awali, uhesabu mzunguko wa voltage ya kuharakisha inahitajika kwa proton katika uwanja wa 1.20-T.

    Suluhisho
    18.3 MHz

    115. Dhana Jumuishi

    (a) baseball ya kilo 0.140, iliyopigwa saa 40.0 m/s kwa usawa na perpendicular kwa\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\) uwanja wa usawa wa Dunia, ina malipo ya 100-NC juu yake. Je, ni umbali gani unaosababishwa na njia yake kwa nguvu ya magnetic, baada ya kusafiri 30.0 m kwa usawa?

    (b) Je, unaweza kupendekeza hii kama mbinu ya siri kwa mtungi kutupa mipira Curve?

    116. Dhana Jumuishi

    (a) Ni mwelekeo gani wa nguvu kwenye waya inayobeba sasa kutokana na mashariki mahali ambapo shamba la Dunia linatokana kaskazini? Wote ni sawa na ardhi.

    (b) Tumia nguvu kwa mita ikiwa waya hubeba 20.0 A na nguvu ya shamba ni\(\displaystyle 3.00×10^{−5}T\).

    (c) Nini kipenyo shaba waya ingekuwa uzito wake mkono na nguvu hii?

    (d) Kuhesabu upinzani kwa mita na voltage kwa mita inahitajika.

    Suluhisho
    (a) Sawa juu
    (b)\(\displaystyle 6.00×10^{−4}N/m\)
    (c)\(\displaystyle 94.1 μm\)
    (d) 2.47 ω/m, 49.4 V/m

    117. Dhana Jumuishi

    Waya mmoja wa moja kwa moja unafanyika moja kwa moja juu ya mwingine kwa kupinduliwa kati ya mikondo yao. Waya wa chini hubeba 100 A na waya 7.50 cm juu yake ni 10-geji (2.588 mm kipenyo) waya wa shaba.

    (a) Ni sasa gani inapaswa kuingilia kwenye waya wa juu, kukataa shamba la Dunia?

    (b) Je, ni sasa ndogo zaidi ikiwa shamba la Dunia\(\displaystyle 3.00×10^{−5}T\) linalingana na ardhi na halijapuuzwa?

    (c) Je, waya iliyoungwa mkono katika usawa imara au usio na uhakika ikiwa imehamishwa kwa wima? Kama makazi yao sambamba?

    118. Matokeo yasiyofaa

    (a) Kupata malipo juu ya baseball, kutupwa katika 35.0 m/s perpendicular kwa\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\) uwanja wa dunia, kwamba uzoefu 1.00-N nguvu magnetic.

    (b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

    (c) Ambayo dhana au Nguzo ni wajibu?

    Suluhisho
    (a) 571 C
    (b) Haiwezekani kuwa na malipo makubwa ya kutengwa kwenye kitu kidogo.
    (c) Nguvu ya 1.00-N ni kubwa mno kuwa kweli katika uwanja wa Dunia.

    119. Matokeo yasiyofaa

    Chembe iliyoshtakiwa yenye molekuli\(\displaystyle 6.64×10^{−27}kg\) (ile ya atomu ya heliamu) inayohamia\(\displaystyle 8.70×10^5m/s\) perpendicular kwa shamba la magnetic 1.50-T linasafiri katika njia ya mviringo ya radius 16.0 mm.

    (a) Ni malipo gani ya chembe?

    (b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

    (c) Ni mawazo gani yanayowajibika?

    120. Matokeo yasiyofaa

    Mvumbuzi anataka kuzalisha nguvu ya 120-V kwa kusonga waya wa 1.00-m-mrefu perpendicular kwa\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\) shamba la Dunia.

    (a) Pata kasi ambayo waya lazima iende.

    (b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

    (c) Ni dhana ipi inayohusika?

    Suluhisho
    \(\displaystyle 2.40×10^6m/s\)
    (a) (b) Kasi ni ya juu sana kuwa ya vitendo ≤ 1% kasi ya mwanga
    (c) Dhana kwamba unaweza kuzalisha voltage hiyo kwa waya moja katika uwanja wa Dunia ni busara

    121. Matokeo yasiyofaa

    Kuchanganyikiwa na voltage ndogo ya Hall iliyopatikana katika vipimo vya mtiririko wa damu, mwanafizikia wa matibabu anaamua kuongeza nguvu za shamba la magnetic ili kupata pato la 0.500-V kwa damu inayohamia saa 30.0 cm/s katika chombo cha kipenyo cha 1.50-cm.

    (a) Ni nguvu gani za shamba za magnetic zinahitajika?

    (b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

    (c) Ambayo Nguzo ni wajibu?

    122. Matokeo yasiyofaa

    Mtafiti wa mita 100 kutoka mstari wa nguvu wa 200-kV DC unashuhudia kuwa uwanja wake wa magnetic unaweza sawa na ule wa Dunia na kuathiri masomo ya dira.

    (a) Tumia sasa katika waya inahitajika kuunda\(\displaystyle 5.00×10^{−5}T\) shamba umbali huu.

    (b) Ni nini kisicho na maana kuhusu matokeo haya?

    (c) Ambayo dhana au Nguzo ni wajibu?

    Suluhisho
    (a) 25.0 kA
    (b) Sasa hii ni ya juu sana. Inamaanisha utoaji wa nguvu wa jumla katika mstari wa 50.0x10 ^ 9 W, ambayo ni ya juu sana kwa mistari ya maambukizi ya kawaida.
    (c) mita 100 ni umbali mrefu ili kupata nguvu zinazohitajika za shamba. Pia nyaya za coaxial hutumiwa kwa mistari ya maambukizi ili kuwa hakuna shamba kwa mistari ya nguvu za DC, kwa sababu ya kufuta kutoka kwa mikondo ya kupinga. Wasiwasi wa uchunguzi sio tatizo kwa vipimo vyake vya shamba la magnetic.

    123. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

    Fikiria separator ya wingi ambayo inatumika shamba la magnetic perpendicular kwa kasi ya ions na hutenganisha ions kulingana na radius ya curvature ya njia zao katika shamba. Kujenga tatizo ambalo unahesabu nguvu za shamba la magnetic zinahitajika kutenganisha ions mbili ambazo hutofautiana kwa wingi, lakini sio malipo, na kuwa na kasi sawa ya awali. Miongoni mwa mambo ya kuzingatia ni aina ya ions, kasi ambazo zinaweza kutolewa kabla ya kuingia kwenye uwanja wa magnetic, na thamani nzuri kwa radius ya curvature ya njia wanazofuata. Kwa kuongeza, hesabu umbali wa kujitenga kati ya ions wakati ambapo hugunduliwa.

    124. Kujenga Tatizo lako mwenyewe

    Fikiria kutumia wakati kwenye coil ya sasa ya kubeba katika uwanja wa magnetic ili kuchunguza mashamba madogo magnetic (chini ya uwanja wa Dunia, kwa mfano). Jenga tatizo ambalo unahesabu kasi ya juu kwenye kitanzi cha sasa cha kubeba kwenye uwanja wa magnetic. Miongoni mwa mambo ya kuchukuliwa ni ukubwa wa coil, idadi ya loops ina, sasa wewe kupita kupitia coil, na ukubwa wa shamba unataka kuchunguza. Jadili kama wakati uliozalishwa ni mkubwa wa kutosha kupimwa kwa ufanisi. Mwalimu wako pia unataka kwa ajili yenu kufikiria madhara, kama ipo, ya shamba zinazozalishwa na coil juu ya mazingira ambayo inaweza kuathiri kugundua shamba ndogo.

    Wachangiaji na Majina