Soveltavat tehtävät (151–160)

151. Kaksi virtajohdinta


Kaksi samassa tasossa olevaa virtajohdinta risteää toisensa kohtisuorasti koskettamatta toisiaan. Sähkövirrat johtimissa ovat yhtä suuret. Päättele, missä kohdissa magneettivuon tiheys on pienimmillään ja merkitse nämä kohdat kuvaan. Perustele ratkaisusi.

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

152. Vuorovaikutuksia kompassilla

Selitä oheisella videolla havaittavat ilmiöt.

​

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

154. Yhdensuuntaisten johtimien sähkövirrat

Kahdessa yhdensuuntaisessa 0,90 m pitkässä johtimessa on yhtä suuret sähkövirrat. Ne ovat 5,5 cm:n etäisyydellä toisistaan. Johtimien välillä mitataan 0,13 mN:n suuruinen hylkivä voima. Määritä johtimien sähkövirrat.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

155. Magneettijuna

Keksijä on suunnitellut junan, jonka kiihdytys perustuu Maan magneettikentän hyödyntämiseen. Virtalähteen tuottaman sähkövirran on tarkoitus kulkea kuvan mukaisesti rautatiekiskoa pitkin veturin pyörään ja siitä akselin kautta toiseen kiskoon. Maan magneettikenttä tuottaa tällöin junaa kiihdyttävän voiman. Veturin akselin pituus on 1,5 m. 120 tonnin massaisen junan kiihtyvyydeksi voidaan kyseisellä menetelmällä tuottaa 0,50 m/s². Osoita, että suunnitelma on epärealistinen.

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

156. Yhdensuuntaiset virtajohtimet ja magneettivuon tiheys

Kaksi yhdensuuntaista pitkää virtajohdinta on 45 cm:n etäisyydellä toisistaan. Johtimien samansuuntaiset sähkövirrat ovat suuruuksiltaan 0,75 A ja 1,25 A. Millä etäisyydellä johtimista magneettivuon tiheys on nolla?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

157. Virtajohdin U-magneetissa

Alumiininen 8,0 cm pitkä virtajohdin on sijoitettu U-magneetin napojen väliin (pohjoiskohtio punainen). Kun johtimeen kytketään 5,7 A:n sähkövirta, havaitaan magneettisen voiman työntävän sitä pois magneetin luota. Johdin asettuu tasapainoasentoon, jossa sen kiinnityslangat muodostavat 11 asteen kulman pystysuunnan kanssa. Alumiinijohtimen massa on 2,0 g. Voit olettaa, ettei lankoihin kohdistu painoa tai magneettisia voimia, ja että alumiiniin kohdistuva voima on vaakasuuntainen.

Mihin suuntaan sähkövirta kulkee johtimessa ja kuinka suuri on magneettivuon tiheys johtimen kohdalla?
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

158. Magneettivuon mittaaminen vaa'alla

Magneettivuon tiheyden mittaamiseen voidaan käyttää kuvassa esitettyä vaakaa, jossa vaakakuppiin on kiinnitetty suorakaiteen muotoinen käämi, jossa kulkee sähkövirta. 30-kierroksisen käämin mitat ovat H = 130 mm ja L = 80,0 mm ja sen alaosa on homogeenisessä magneettikentässä (neliönmuotoinen alue). Aluksi sähkövirta on nolla, ja vastapaino (VP) pitää vaa'an tasapainossa.

Kun vaakakuppia kuormitetaan 4,00 gramman punnuksella, tarvitaan 3,85 ampeerin sähkövirta (kuvassa myötäpäivään) tasapainottamaan vaaka. Mikä on magneettivuon tiheyden suuruus ja suunta?

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

159. Virtasilmukka homogeenisessä magneettikentässä

Suorakulmion muotoinen virtasilmukka on homogeenisessa magneettikentässä, joka on silmukan tason suuntainen. Magneettivuon tiheys on 3,8 mT. Silmukan leveys on 22 cm, korkeus 15 cm ja siinä on 2,0 ampeerin sähkövirta.

  1. Kuinka suuri momentti silmukkaan kohdistuu katkoviivalla merkityn silmukan keskellä olevan kiertoakselin suhteen? Kumpaan suuntaan silmukka alkaa kiertyä?
  2.  Johda lauseke silmukkaan kohdistuvalle momentille, kun silmukan tason normaalin ja kentän välistä kulmaa merkitään [[$ \alpha $]]​. Normaali tarkoittaa tasolle kohtisuoraa kulmaa, eli kuvan tilanteessa ​[[$ \alpha = 90 ^{\circ} $]]​​.
  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.

160. Magneettivuon tiheys käämissä

Magneettivuon tiheys pitkän käämin sisällä noudattaa kaavaa [[$ B=\mu_0 N\dfrac{I}{l} $]]​. Opiskelijat mittasivat magneettivuon tiheyttä ([[$ B $]]​) eri sähkövirran ([[$ I $]]​) arvoilla käämissä. Kääminä käytettiin metallista jousta, jonka pituus ([[$ l $]]​) oli 23 cm ja jossa oli 26 kierrosta ([[$ N $]]​). Mittaustulokset on annettu aineistossa.

Aineisto:
Taulukko: magneettivuon_tiheys_kaamissa.ods (LibreCalc)
Taulukko: magneettivuon_tiheys_kaamissa.cmbl (Logger Pro)
Taulukko: magneettivuon_tiheys_kaamissa.cap (Capstone)
Taulukko: magneettivuon_tiheys_kaamissa.gambl (Graphical Analysis)

Esitä tulokset graafisesti sopivassa koordinaatistossa ja määritä mittauksen perusteella tyhjiön permeabiliteetti [[$ \mu_0 $]]​. Mittauksessa väliaineena oli ilma, jonka permeabiliteetti on lähes tarkalleen sama kuin tyhjiön. 

  • Palauta vastaus

Sinulla ei ole tarvittavia oikeuksia lähettää mitään.