Yhteenveto ja itsearviointi

Yhteenveto

Magneettikenttä

  • Kestomagneettien, sähköjohtimien ja liikkuvien varattujen hiukkasten ympärillä on magneettikenttä. Kentän voimakkuutta kuvataan vektorisuureella magneettivuon tiheys [[$ \bar{B} $]]​ ja yksikkö T (tesla).
  • Sauvamagneetin kenttä suuntautuu pohjoiskohtiosta ulospäin ja eteläkohtion sisään. Kenttäviivat ovat sulkeutuvia käyriä.



  • Virtajohtimen ympärillä on magneettikenttä, jonka suunta päätellään oikean käden säännöstä. Pitkä johdin synnyttää magneettivuon tiheyden: ​[[$ \quad B=\dfrac {\mu_0}{2\pi}\dfrac {I}{r} $]].
    • [[$ I $]] on johtimen sähkövirta ja [[$ r $]] etäisyys johtimesta. [[$ \mu_0 $]]​ on tyhjiön permeabiliteetti, jonka arvo on [[$ \mu_0=4\pi \cdot 10^{-7} \frac{\text{T}\cdot \text{m}}{\text{A}} $]].
  • Käämin sisään muodostuu homogeeninen magneettikenttä, jonka suunta noudattaa oikean käden sääntöä.

Magneettiset voimat

  • Homogeenisessa magneettikentässä virtajohtimeen kohdistuu voima [[$F=IlB \sin \alpha$]].
    • [[$ I $]] on johtimen sähkövirta, [[$ l $]] sen pituus, [[$ B $]] magneettivuon tiheys ja [[$\alpha$]] johtimen ja kentän välinen kulma.
  • Virtajohtimeen tai positiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta voidaan päätellä oikean käden säännöllä. Negatiivisesti varattuun hiukkaseen kohdistuvan voiman suunta on päinvastainen.
  • Kahden yhdensuuntaisen virtajohtimen välillä on voima​ [[$ \quad F=\dfrac {\mu_0}{2\pi}\dfrac {I_1 I_2}{r}l $]]:
    • [[$ \mu_0 $]]​ on tyhjiön permeabiliteetti, [[$ I_1 $]]​ ja [[$ I_2 $]] johtimien sähkövirrat, [[$ r $]]​ johtimien välinen etäisyys ja [[$ l $]]​ johtimien pituus.
    • Johtimet vetävät toisiaan puoleensa, mikäli niiden sähkövirrat ovat samansuuntaiset. Jos virrat ovat vastakkaissuuntaiset, voima on hylkivä.
  • Käämiin kohdistuu homogeenisessa magneettikentässä vääntömomentti, joka riippuu käämin asennosta suhteessa kenttään. Käämiin kohdistuva kokonaisvoima on nolla.


1. Testaa osaamisesi! (Maks. 15 p.)

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

1.1. Mikä vektoreista A–D esittää magneettivuon tiheyttä sauvamagneetin eteläkohtion lähellä pisteessä P1?






1.2. Sauvamagneetti katkaistaan keskeltä. Mikä vektoreista A–D esittää magneettivuon tiheyttä pisteessä P2?






1.3. Pitkässä suorassa johtimessa on kuvan mukainen sähkövirta [[$ I $]]. Minkä suuntainen on magneettivuon tiheys pisteessä A?







1.4. Pitkässä suorassa johtimessa on kuvan mukainen sähkövirta [[$ I $]]. Johdin on kuvan mukaisessa magneettikentässä. Mihin suuntaan vaikuttaa johtimeen syntyvä magneettinen voima?







1.5. Johdin kääntyy magneettikentän suuntaiseksi. Sähkövirran suuruus ei muutu. Miten johtimeen kohdistuva magneettinen voima muuttuu?





1.6. Käämissä on kuvan mukainen sähkövirta. Millainen on vuorovaikutus sauvamagneetin ja käämin välillä?




1.7. Neliönmuotoinen silmukka on magneettikentässä. Kuvassa silmukka on kuvattu suoraan ylhäältä päin. Silmukassa kulkee sähkövirta ylöspäin vasemmalla silmukan sivulla ja alaspäin oikealla silmukan sivulla. Mihin suuntaan voiman momentti kääntää silmukkaa ylhäältä päin katsotussa kuvassa?





2. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä tämän jälkeen ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (8 p.)

  1. Mittauspiste on 3,0 mm etäisyydellä pitkästä suorasta virtajohtimesta. Magneettivuon tiheydeksi mitataan 0,22 mT. Määritä sähkövirran suuruus johtimessa. (4 p.)
  2. A-kohdassa mainitun virtajohtimen viereen 3,0 mm etäisyydelle asetetaan toinen yhdensuuntainen johdin. Sen pituus on 0,50 m, ja siinä kulkee 1,5 A:n sähkövirta. Sähkövirrat ovat samansuuntaiset. Määritä tähän johtimeen kohdistuvan voiman suunta ja suuruus. (4 p.)


Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:


Tallenna vastauksesi. Testin maksimipistemäärä on 15 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen