Yhteenveto ja itsearviointi

Yhteenveto

  • Sähkömagneettinen induktio tarkoittaa ilmiötä, jossa muuttuva magneettikenttä synnyttää johdekappaleeseen sähkökentän.
  • Lenzin laki ilmaisee johdinsilmukkaan syntyvän induktiovirran suunnan: "Induktion vaikutukset ovat sellaiset, että ne pyrkivät vastustamaan muutosta, joka ne aiheuttaa."
    • Johdinsilmukkaan indusoituvan sähkövirran suunta on siis sellainen, että sen synnyttämä magneettivuo kumoaa osittain ulkoisen magneettivuon muutoksen.
  • Johdinsilmukkaan tai käämiin indusoituva jännite e noudattaa induktiolakia: [[$ \quad e=-N\dfrac {\Delta \Phi}{\Delta t} $]]​

    • Magneettivuo  [[$ \Phi $]]​ on magneettivuon tiheyden [[$ B $]]​ ja sille kohtisuoran poikkipinta-alan tulo: [[$ \Phi =BA $]]​.
    • Magneettivuon muutosnopeus [[$ \dfrac {\Delta \Phi}{\Delta t} $]]​ voidaan laskea hetkellisesti magneettivuon derivaattana ajan suhteen.
    • Induktiojännite synnyttää suljetussa virtapiirissä sähkövirran Ohmin lain mukaisesti.
  • Erikoistapauksena induktiosta on magneettikentässä liikkuvaan johtimeen indusoituva jännite: [[$e=lvB\sin \alpha$]]
    • v on nopeus ja [[$\alpha$]] nopeuden ja magneettivuon tiheyden välinen kulma. l on johtimen liikkeeseen nähden poikittainen pituus.
  • Johdekappaleeseen, kuten metallilevyyn, indusoituu pyörrevirtoja, kun sen läpäisevä magneettivuo muuttuu. Pyörrevirrat ovat induktion aiheuttamaa elektronien liikettä. Pyörrevirrat aiheuttavat Lenzin lain mukaan esimerkiksi liikkuvan johdekappaleen liikkeen hidastumista.

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

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

1. Ympyränmuotoinen johdinsilmukka on kuvan mukaisessa homogeenisessä magneettikentässä. Valitse oikeat sähkövirtaa koskevat väittämät. (3 p.)

1.1. Magneettivuon tiheys kasvaa. Millainen sähkövirta silmukassa havaitaan?




1.2. Silmukka alkaa liikkua kuvassa oikealle. Millainen sähkövirta silmukassa havaitaan?




1.3. Silmukan pinta-ala pienenee äkillisesti. Millainen sähkövirta silmukassa havaitaan?





2. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä vastauksesi malliratkaisun perusteella. (5 p.)

Magneettikenttä lävistää kohtisuoraan käämin, jossa on 2 500 kierrosta. Käämi on poikkileikkaukseltaan neliön muotoinen, ja sen sivun pituus on 3,5 cm. Käämiin on kytketty jännitemittari. Magneettivuon tiheys muuttuu oheisen kuvaajan mukaisesti.

  1. Ratkaise suurin jännite, joka käämissä mitataan. (3 p.)
  2. Esitä graafisesti käämin jännite ajan suhteen välillä 0...10 s. (2 p.)


Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:



3. Ratkaise tehtävä vaiheittain ja perustellen. Pisteytä vastauksesi malliratkaisun perusteella. (7 p.)



Neliön muotoinen johdinsilmukka, jonka sivun pituus on 15 cm, on magneettikentän ulkopuolella. Silmukka liikkuu tasaisesti kenttään, jossa magneettivuon tiheys on 0,020 T.

  1. Perustele induktiovirran suunta silmukan liikkuessa kenttään. Miten virta muuttuu silmukan ollessa kokonaan kentässä? (3 p.)
  2. Kuinka suuri liikkeen nopeus vaaditaan, jotta silmukkaan indusoituva jännite olisi vähintään 5,0 mV? (2 p.)
  3. Määritä silmukassa syntyvä sähköteho induktiojännitteen ollessa 1,5 V. Silmukan resistanssi on 12 ohmia. (2 p.)


Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:


Tallenna vastauksesi. Testin maksimipistemäärä on 15 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen