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.)

Ratkaisu

a. Magneettivuon tiheys pitkän suoran johtimen lähellä on:

[[$ \quad B=\dfrac{\mu_0}{2\pi}\dfrac{I}{r}$]] 

Kaavasta voidaan ratkaista sähkövirran suuruus.

[[$ \quad I=Br\cdot\dfrac{2\pi}{\mu_0} $]]

Kaavat oikein, 2 p.

[[$ \quad I=0{,}00022\ \mathrm{T}\cdot0{,}0030\ \mathrm{m}\cdot\dfrac{2\pi}{4\pi\cdot10^{-7}\frac{\text{T}\cdot\text{m}}{\text{A}}}\approx3{,}3\ \mathrm{A}$]]

Oikeat arvot ja yksiköt lähtötiedoille, 1 p.
Oikea vastaus 2–3 numeron tarkkuudella ja oikeassa yksikössä, 1 p.

b. Johtimien välinen voima lasketaan kaavalla:

[[$ \quad F=\dfrac{\mu_0}{2\pi}\dfrac{I_1I_2}{r}l $]]  

Kaava oikein, 1 p.

[[$ \quad F=\dfrac{4\pi\cdot10^{-7}\dfrac{\text{T}\cdot\text{m}}{\text{A}}}{2\pi}\mathrm{\dfrac{3{,}3\ A\cdot1{,}5\ A}{0{,}0030\ m}\cdot0{,}50\ m\approx0{,}17\ mN} $]]

Oikeat arvot ja yksiköt lähtötiedoille sekä oikea vastaus 2–3 numeron tarkkuudella ja oikeassa yksikössä, 1 p.

Johtimissa kulkevat sähkövirrat samaan suuntaan. Johtimien väliin syntyy magneettikenttä, jotka osoittavat vastakkaisiin suuntiin.
Oikea periaate, 1 p.

Johtimien välillä on puoleensavetävä vuorovaikutus. Johtimeen kohdistuvan voiman suunta on kohti ensimmäistä johdinta.
Oikea periaate, 1 p.

Takaisin