در چه شرایطی بر جسم رسانای واقع در میدان مغناطیسی، نیرو وارد نمی شود ؟

جریانی از آن نگذرد. طول آن ناچیز باشد، میدان صفر باشد، جریان الکتریکی در راستای میدان باشد.

در چه شرایطی بر جسم رسانای واقع در میدان مغناطیسی، بیشترین نیرو وارد می شود؟

زمانی که جریان بر میدان مغناطیسی عمود باشد.

اندازه نیروی مغناطیسی وارد بر رسانای حامل جریان، با چه فرمولی حساب می شود؟

F = ILBSinθ این فرمول در متن درس با مثال کار شد.

نیروی معناطیسی وارد بر رسانا ی حامل جریان - آموزش تصویری - زبان ساده

موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
3- فیلم را ببینید.
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .

محاسبه آنلاین نیروی مغناطیسی، اندازه جریان، طول رسانا، اندازه میدان مغناطیسی، زاویه

سلام
ابزار زیر فوق العاده و بی نظیر است. چون بهترین شیوه یادگیری حل مسئله را ارائه می کند. در هیچ جای دیگری چنین ابزار فوق العاده ای را نمی توانید پیدا کنید. برای طراحی آن وقت زیادی صرف کردیم و کاملا رایگان در اختیار عموم قرار دادیم. لطفا از آن استفاده کنید. اعداد مختلف را وارد کنید و آنها را تغییر دهید. به این ترتیب شما می توانید بی نهایت سوال با پاسخ تشریحی ایجاد کنید. از همه مهمتر، حتی می توانید مسائل درون یا آخر فصل و نیز مثال های کتاب درسی را با آن حل کنید.
معلمان محترم می توانند برای طراحی سوال و یا بررسی درستی سوال خود، از این ابزار ارزشمند استفاده کنند( پس از آنکه نرم افزار سوال را تولید کرد می توانید ظاهر و ادبیات سوال را به دلخواه خود تغییر دهید). با احترام: ژرفنما
روش استفاده:
در قسمت پایین، پنج ورودی اعداد وجود دارد. در چهار ورودی، عدد دلخواه خود را وارد کنید. سپس روی دکمه محاسبه کلیک کنید. تا حل تشریحی آن، ارائه می شود.

توضیح بیشتر

فرض کنید سه ورودی برای عدد داریم اگر در ورودی اول و دوم، عدد وارد کنید کمیت سوم حساب می شود. اما اگر در ورودی دوم و سوم، عدد وارد کنید کمیت اول حساب می شود و ...
برای وارد کردن اعداد توان دار، ما از ساده ترین روش ( یعنی e-notation )استفاده کردیم. برای این کار، از حرف e استفاده کنید. مثلا 10⁵ × 3 را به صورت 3e5 وارد کنید همچنین ^5-10 × 3 را به صورت 3e-5 وارد کنید عدد ^19-10 × 1/6 را به صورت 1.6e-19 وارد کنید
عددی مانند 10⁵ را به صورت 1e5 وارد کنید.(یعنی به صورت e5 وارد نکنید).
دقت کنید هنگام وارد کردن e صفحه کلید شما انگلیسی باشد وگرنه وارد نمی شود.
برای وارد کردن اعداد اعشاری، مثلا 6/5 به جای علامت اعشار / از علامت نقطه . استفاده کنید

i = جریان الکتریکی

L = طول رسانا

B = اندازه میدان مغناطیسی

θ = زاویه (درجه)

F = نیروی وارده

1 - محاسبه نیروی مغناطیسی وارد رسانای حامل جریان

نیروی مغناطیسی وارد بر رسانای حامل جریان

هرگاه رسانای حامل جریان I و طول L، در یک میدان مغناطیسی B قرار گیرد، از طرف میدان، نیروی F بر رسانا وارد می‌شود. اندازه این نیرو، برابر F = ILBSinθ است( جهت نیرو را در ادامه بررسی می کنیم).

F = اندازه نیرو (بر حسب نیوتون N)
I = جریان الکتریکی (برحسب آمپر A)
L = طول سیم (برحسب متر m)
B = اندازه میدان مغناطیسی (برحسب تسلا T)
α = زاویه بین میدان مغناطیسی و جهت جریان

در حالت های زیر اندازه نیرو صفر است. یعنی در این حالات، میدان مغناطیسی بر رسانای حامل جریان، نیرویی وارد نمی کند( نتایج زیر از فرمول بالا به دست می آیند ):

اگر از رسانا جریان الکتریکی عبور نکند( I = 0).
طول رسانا ناچیز باشد( L = 0).
میدان مغناطیسی ناچیز باشد( B = 0).
جهت جریان در راستای میدان مغناطیسی باشد( 180, θ = 0 ) در این حالت( Sinθ = 0).

در حالتی که رسانای حامل جریان، عمود بر میدان مغناطیسی قرار داشته باشد( θ = 90)، بیشترین نیرو، بر رسانا وارد می شود.

مثال 1:

مثال اول نیروی وارد بر رسانای حامل جریان

چند رسانای حامل جریان، در یک میدان مغناطیسی قرار دارند. در کدام حالت، نیروی مغناطیسی بیشینه و در کدام حالت صفر است؟

پاسخ:

در حالت اول، جهت جریان، هم جهت با میدان است. پس زاویه بین آنها صفر است. در نتیجه Sinθ = 0 بنابراین، نیرویی بر رسانا وارد نمی شود.
در حالت دوم، جهت جریان، عمود بر میدان است. پس زاویه بین آنها 90 درجه است. در نتیجه Sinθ = 1 بنابراین، نیروی وارد بر رسانا، بیشینه است.
در حالت سوم، نیروی وارد بر رسانا، نه عمود بر میدان است و نه هم راستا. بنابراین، نیروی وارده، نه صفر است و نه بیشینه. یعنی نیرو، بین صفر و مقدار بیشینه است.

مثال 2:

مثال دوم نیروی وارد بر رسانای حامل جریان

در شکل روبرو، جسم رسانا، حامل جریان الکتریکی 3 آمپر، با طول نیم متر، در میدان مغناطیسی 0.06 تسلا قرار دارد. نیروی مغناطیسی که از طرف میدان، به رسانا وارد می شود، چند نیوتون است؟

پاسخ:

دقت کنید چون زاویه بین میدان مغناطیسی وجهت جریان 30 درجه است، در فرمول نیز از همین عدد استفاده کردیم. بقیه مراحل فقط جایگذاری و محاسبه است.

توجه: تسلا یکای بزرگی است. بنابراین گاهی از یکای دیگری به نام گاوس استفاده می کنند. یک تسلا 10000 =10⁴ گاوس است. یعنی: 10⁴G = 1T = 10000G

مثال 3: یک رسانای حامل جریان الکتریکی 4 آمپر، در یک میدان مغناطیسی 400 گاوس قرار دارد. میدان مغناطیسی، نیروی 0.06 نیوتون، بر رسانا وارد می کند، اگر زاویه بین میدان مغناطیسی و جهت جریان، برابر 30 درجه باشد، طول رسانا چند متر، است؟

پاسخ:

نکته ای که باید دقت کنید این است که در سوال، میدان مغناطیسی بر حسب گاوس بیان شده است. بنابراین آن را در ^4-10 ضرب کردیم( در واقع بر 10000 تقسیم کردیم) تا به تسلا تبدیل شود.

مثال 4: یک رسانای حامل جریان، با طول 40 سانتی متر، در یک میدان مغناطیسی 0.3 تسلا قرار دارد. بیشینه نیرویی که میدان مغناطیسی می تواند وارد کند 0.6 نیوتون است، جریانی که از رسانا می گذرد، چند آمپر است؟

پاسخ:

زمانی بیشینه نیرو وارد می شود که رسانا عمود بر میدان مغناطیسی قرار گیرد. در این حالت θ = 90 است بقیه مراحل، جایگذاری و محاسبه است.

2 - تعیین جهت نیروی مغناطیسی و قاعده دست راست

برای آنکه جهت نیروی الکترومغناطیسی را پیدا کنیم از قاعده دست راست با انگشتان باز استفاده می‌کنیم. در این قاعده:

انگشت شست جهت نیرو F
چهار انگشت باز جهت جریان I
کف دست جهت میدان مغناطیسی B را نشان می‌دهد.

توجه: دو علامت برونسو و درونسو در شکل روبرو نشان داده شده است.

برونسو: یعنی بردار مورد نظر، از صفحه خارج می شود. می توان یک تیر در نظر گرفت که به ما نزدیک می شود و ما نوک آن را می بینیم.

درونسو: یعنی بردار مورد نظر، وارد صفحه می شود. می توان یک تیر در نظر گرفت که از ما دور می شود و ما دُم آن تیر را می بینیم.

توجه: نیرو بر میدان مغناطیسی و جهت جریان، عمود است. اما ممکن است جریان و میدان مغناطیسی، بر هم عمود نباشند. در واقع با هم، زاویه θ می سازد.

مثال 5:

جهت نیروی وارد رسانای حامل جریان در میدان مغناطیسی

در شکل روبرو، سه وضعیت نشان داده شده است. در هر مورد، جهت نیروی وارد بر رسانا حامل جریان را مشخص کنید:

پاسخ:

جهت نیروی وارد رسانای حامل جریان در میدان مغناطیسی 2

باید دست راست خود را طوری قرار دهیم که کف دست در جهت میدان و چهار انگشت باز دست در جهت جریان و نیرو در جهت انگشت شست باشد. در شکل 1 نیرو به سمت راست است. در شکل 2 نیرو برونسو است. در شکل 3 درونسو است.

مثال 6:

در شکل روبرو، یک سیم حامل جریان، در یک میدان مغناطیسی قرار دارد. جهت جریان به کدام سمت است؟

پاسخ:

انگشت شست دست راست را در جهت نیروی قرار می دهیم. میدان مغناطیسی درونسو است. بنابراین کف دست را روی کاغذ قرار می دهیم. در این صورت چهار انگشت باز دست، جهت جریان را نشان می دهد. بنابراین جریان از سمت چپ به راست است.

توجه: در ارتباط با پیدا کردن جهت نیروی مغناطیسی، به فیلم آموزشی که در ادامه قرار دادیم توجه کندی. این فیلم کوتاه، با فیلم های دیگر متفاوت است. حتما نگاه کنید.