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대학 물리학

by admin

요약

  • 의 효과를 설명 자석 힘에 전류를 흐르게 하는 지휘자입니다.
  • 전류 운반 도체의 자력을 계산합니다.

기 때문에 요금은 일반적으로 탈출 할 수 없을 지휘자,자석 힘에 요금을 이동하는 지휘자 전송하는 지휘자 자체입니다.

다이어그램을 보여주는 회로와 현재가 그것을 통해 실행. 섹션 중 하나는 와이어의 사이를 통과 북쪽과 남극 자석의 직경을 가진 l. 자기장 B 는 지향 오른쪽으로,북쪽에서 남쪽으로 극의 자석에 걸쳐 있습니다. 현재 페이지가 부족합니다. 와이어의 힘이 위로 향하게됩니다. 그림의 오른 손으로 규칙 1 엄지손가락을 보여줍니다.리에서 페이지의의 방향으로 현재,손가락이 오른쪽을 가리키는 방향으로의 B,F 벡터를 가리키는 멀리에서고 있다.
그림 1. 자기장을 발휘에 힘선에서 주어진 방향이 오른손으로 규칙 1(와 같은 방향으로 개인에 대한 이동하는 요금 별도). 이 힘을 쉽게 충분히 큰 이동하는 철사,이후 전형적인 전류의 구성이 매우 큰 숫자의 움직이는 요금입니다.

을 유도할 수 있는 표현에 대해 자력에 현재하여 합의는 자기의 힘에 개별적인 요금입니다. (힘은 같은 방향에 있기 때문에 추가됩니다. 는)힘에 개별적인 요금을 이동에 드리프트 속도 vdvd 에 의해 주어진\boldsymbol{F=qv_dB\;\textbf{죄}\;\타}. 로\boldsymbol{B}균일하게 이상의 길이선\boldsymbol{l}고 다른 곳,총 자기력선은 그\boldsymbol{F=(qv_dB\;\textbf{죄}\;\theta)(N)},어디\boldsymbol{N}의 수탁업자의 섹션에서는 와이어의 길이를\boldsymbol{l}. 이제,\boldsymbol{N=nV},여기서\boldsymbol{n}은 단위 부피당 전하 캐리어의 수이고\boldsymbol{V}는 필드의 와이어 부피입니다. 여기서\boldsymbol{V=Al},여기서\boldsymbol{A}는 와이어의 단면적임을 지적하면 와이어의 힘은\boldsymbol{F=(qv_dB\;\textbf{sin}\;\theta)(nAl)}입니다. 이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,이 경우,

기 때문에\boldsymbol{nqAv_d=I}(참조:20.1 현재)

\boldsymbol{F=IlB\;\textbf{죄}\;\타}

방정식에 대한 자력에 길이\boldsymbol{l}의 와이어 들고 현재\boldsymbol{I}에서는 균일한 자기장\boldsymbol{B}, 그림 2 와 같. 면 우리는 나누어의 양쪽 모두 이 표현\boldsymbol{l},우리가 찾을 자기 힘의 단위당 길이의 철사에서는 균일한 분야\boldsymbol{\frac{F}{l}=IB\;\textbf{죄}\;\타}. 이 힘의 방향은 현재\boldsymbol{I}의 방향으로 엄지 손가락으로 RHR-1 에 의해 주어집니다. 그런 다음\boldsymbol{B}의 방향으로 손가락으로,손바닥에 수직 인 A 는 그림 2 와 같이\boldsymbol{F}의 방향을 가리 킵니다.

그림의 오른 손으로 규칙 1 을 보여주는 엄지 손가락이 오른쪽 방향으로의 현재 나는 가리키는 손가락으로 페이지를 자기장 B,강제 감독,손바닥에서.
그림 2. 자기장에서 전류 운반 와이어의 힘은 F=IlB sin θ 입니다. 그 방향은 RHR-1 에 의해 주어진다.

을 계산하는 자력에선: 강력한 자기장을

힘을 계산에는 철사 그림 1 과 같이 주어진\boldsymbol{B=1.50\;\textbf{T}},\boldsymbol{l=5.00\;\textbf{cm}},그리고\boldsymbol{I=20.0\;\textbf{A}}.

전략

힘을 발견될 수 있는 주어진 정보를 사용하여\boldsymbol{F=IlB\;\textbf{죄}\;\타}및 주목하는 각도\boldsymbol{\타}사\boldsymbol{I}및\boldsymbol{B}를\boldsymbol{90^{\circ}},도록\boldsymbol{\textbf{죄}\;\타=1}.주어진 값을\boldsymbol{F=IlB 로 입력하면 \;\textbf{죄}\타}수익률

\boldsymbol{F=IlB\;\textbf{죄}\타=(20.0\;\textbf{A})\;(0.0500\;\textbf{m})\;(1.50\;\textbf{T})\;(1)}.textbf{1\;\textbf{T}=\frac{\textbf{N}}{\textbf{A}\cdot\;\textbf{m}}};따라서,

\boldsymbol{F=1.50\;\textbf{N}}.

토론

이 큰 자기장을 만듭니다 중요한 강에 작은 길이의 와이어입니다.

전류 운반 도체의 자력은 전기 에너지를 작업으로 변환하는 데 사용됩니다. (모터는 주요한 예입니다-그들은 와이어의 루프를 사용하고 다음 섹션에서 고려됩니다.)Magnetohydrodynamics(mhd)는 자력이 기계 부품을 움직이지 않고 유체를 펌핑하는 영리한 응용 분야에 주어진 기술 이름입니다. (그림 3 참조.)

다이어그램을 보여주는 실린더의 유동의 지름 l 배치 사이의 북쪽과 남극의 자석입니다. 북극은 왼쪽에 있습니다. 남극은 오른쪽에 있습니다. 실린더가 페이지 밖으로 향하게됩니다. 자기장은 북쪽에서 남극까지,그리고 유체의 실린더를 가로 질러 오른쪽으로 향하게됩니다. 전류 운반 와이어는 실린더에 수직 인 전류 I 가 아래쪽으로 배향 된 유체 실린더를 통해 실행됩니다. 유체 내의 음전하에는 속도 벡터가 가리키는 벡터가 있습니다. 유체 내의 양전하는 아래쪽을 가리키는 속도 벡터를 갖는다. 유체에 가해지는 힘이 페이지 밖으로 나옵니다. 그림의 오른 손으로 규칙 1 여 엄지 손가락 아래쪽을 가리키는 현재,손가락이 오른쪽을 가리키는을 가진 B,힘 F 중심 밖으로 페이지의 거리에서,손바닥 있습니다.
그림 3. 자기 유체 역학. 이 유체를 통과 한 전류에 대한 자력은 비 기계식 펌프로 사용될 수 있습니다.

강력한 자기장에 적용되는 관과 현재 전달을 통한 유체에 직각하는 결과,현장에서 힘에 유동성 평행하게 튜브를 축으로 표시됩니다. 의 부재는 이동 부품이 매력적인 이동을 위해 뜨거운 화학적으로 활성 물질과 같은 액체나트륨용에 원자로를 사용하기도 합니다. 실험적인 인공적인 마음을 테스트하는 이 기술에 대한 혈액,아마도 우회하는 부작용의 기계적인 펌프입니다. (그러나 세포막은 mhd 에서 필요한 큰 분야의 영향을 받아 인간에서의 실제 적용을 지연시킵니다.)기존의 프로펠러 드라이브보다 상당히 조용 할 수 있기 때문에 핵 잠수함을위한 MHD 추진 장치가 제안되었습니다. 핵 잠수함의 억지력 가치는 첫 번째 또는 두 번째 핵 공격을 숨기고 생존 할 수있는 능력에 근거합니다. 우리가 천천히 분해는 우리의 핵무기,잠수함은 지점 마지막이 될 수 폐기 때문에 이 기능(그림 4 참조.)기존 MHD 드라이브는 무겁고 비효율적입니다-많은 개발 작업이 필요합니다.

낸 확대 magnetohydrodynamic 추진 시스템에서 핵 잠수함. 액체는 스러 스터 덕트를 통해 움직이며,이는 페이지 밖으로 향하게됩니다. 자기장은 코일에서 발산되어 덕트를 통과합니다. 자속은 덕트에 수직으로 위로 향하게됩니다. 각 덕트는 안장 모양의 초전도 코일로 싸여 있습니다. 전류는 액체를 통해 오른쪽으로 흐르고 액체의 속도에 수직으로 흐릅니다. 전류는 각 스러 스터 덕트 내부의 한 쌍의 전극 사이에서 흐릅니다. 자기장과 전류 사이의 반발적인 상호 작용은 물 덕트를 통해 구동합니다. 오른손 규칙의 그림은 전류로 오른쪽을 가리키는 엄지 손가락을 보여줍니다. 손가락이 자기장을 가리킨다. 액체에 대한 힘은 손바닥에서 멀리 떨어진 페이지 밖으로 향하게됩니다.
그림 4. 핵 잠수함의 MHD 추진 시스템은 프로펠러보다 훨씬 적은 난류를 생성하고보다 조용하게 달릴 수 있습니다. 사일런트 드라이브 잠수함의 개발은이 책과 영화 The Hunt for Red October 에서 각색되었습니다.
  • 에 자기 힘을 현재 운반체에 의해 주어진
    \boldsymbol{F=IlB\;\textbf{죄}\;\타},

    어디\boldsymbol{I}은 현재,\boldsymbol{l} 길이의 직선 도체에서 균일한 자기장\boldsymbol{B},그리고\boldsymbol{\타}사이의 각\boldsymbol{I}및\boldsymbol{B}. 힘은\boldsymbol{I}의 방향으로 엄지 손가락으로 RHR-1 을 따른다.

개념적 질문

1: 의 스케치를 그려는 상황에서 그림 1 을 보여주는 방향으로 전자의 운반 현재,그리고 사용하 RHR-1 을 확인하는 방향으로의 힘에 있습니다.

2:그림 3 과 같은 MHD 드라이브의 힘의 방향이 유체를 가로 질러 전류를 운반하는 전하의 부호에 의존하지 않는지 확인하십시오.

3:왜 자기 물 역학적 드라이브는 담수 물보다 바다 물에서 더 잘 작동할까요? 또한 왜 초전도 자석이 바람직할까요?

4: 나침반 판독 값,냉장고의 AC 전류 또는 차를 시동 할 때 DC 전류를 방해 할 가능성이 더 큽니까? 설명한다.

문제를&연습

1:의 방향에 자기 힘을 현재에서 각각의 경우에는 그림 5?

그림을 보여줍 자기장 B 페이지의 현재가 아래를 내려다보았습니다. 그림 b 는 오른쪽을 향한 B 와 I 를 위쪽으로 보여줍니다. 그림 c 는 B 를 페이지에 표시하고 i 는 오른쪽으로 향하게합니다. 그림 d 는 오른쪽을 향한 B 와 왼쪽을 향한 I 를 보여줍니다. 그림 e 는 b 를 위쪽으로 표시하고 I 를 페이지에 표시합니다. 그림 f 는 왼쪽을 향한 B 와 페이지 밖으로 I 를 보여줍니다.
그림 5.

2:의 방향으로 현재는 경험을 자기 힘을 다음과 같은 각 세 가지의 경우에 그림 6 고 가정할 때 현재 실행하여 수직\boldsymbol{B}?

그림을 보여줍 자기장 B 페이지의 힘 F 상승. 그림 b 는 오른쪽을 향한 B 와 위쪽으로 F 를 보여줍니다. 그림 c 는 B 를 페이지에 표시하고 f 는 왼쪽을 향하게합니다.
그림 6

3:는 무엇이의 방향으로 자기장을 생산하는 자력에 표시된 전류는 각각의 세 가지 경우에 그림 7 고 가정하면,\boldsymbol{B}에 수직\boldsymbol{I}?

그림을 보여 현재 제가 위쪽을 가리키는 벡터와 힘 F 벡터 왼쪽을 가리키는. 그림 b 는 현재 벡터가 아래를 가리키고 f 가 페이지로 향하는 것을 보여줍니다. 그림 c 는 왼쪽을 가리키는 전류와 위를 가리키는 힘을 보여줍니다.
그림 7.

4:(a)무슨 힘 미터당에 lightning bolt 적도에서는 운반 20,000 수직 지구의\boldsymbol{3.00\간 10^{-5}-\textbf{T}}field? (나)전류가 직선이고 지구의 필드 방향이지면과 평행하게 북쪽으로 만기가된다면 힘의 방향은 무엇인가?

5: (a)DC 전력 라인을 위해 가는 시스템을 수행 1000 각도에서의\boldsymbol{30.0^{\circ}}지구\boldsymbol{5.00\간 10^{-5}-\textbf{T}}field. 이 선의 100 미터 구간에서 힘은 무엇입니까? (b)이 제시하는 실질적인 우려 사항(있는 경우)에 대해 토론하십시오.

6:2.00-T 자기장에 수직 인 튜브를 가로 질러 100-a 전류가 전달되는 경우 25.0-cm-직경 튜브를 사용하는 MHD 드라이브에서 물 위에 어떤 힘이 가해 집니까? (이 힘의 상대적으로 작은 크기는 실용적인 MHD 드라이브를 만들기 위해 매우 큰 전류 및 자기장의 필요성을 나타냅니다.)

7:30.0-a 전류를 운반하는 와이어는 해당 필드에 수직 인 강한 자석의 극 사이를 통과하고 필드에서 4.00cm 의 와이어에 2.16-N 의 힘을 경험합니다. 평균 전계 강도는 얼마입니까?

8:(a)0.750-m-long 섹션에서는 케이블의 운반 현재 자동차 시동기 모터의 각도\boldsymbol{60^{\circ}}지구의\boldsymbol{5.50\간 10^{-5}\;\textbf{T}}field. 와이어가\boldsymbol{7.00\times10^{-3}\;\textbf{N}}의 힘을 경험할 때 전류는 무엇입니까? (b)강한 말굽 자석의 극 사이에서 와이어를 실행하여 5.00cm 를 1.75-T 필드로 주관 한 경우이 와이어 세그먼트에 어떤 힘이 가해 집니까?

9:(a)와이어의 50.0cm 가 2.40N 의 자력을 경험하면 8.00-a 전류를 운반하는 와이어와 그것이 1.20-T 필드 사이의 각도는 무엇입니까? (b)필드와 함께\boldsymbol{90^{\circ}}의 각도를 만들기 위해 회전하면 와이어의 힘은 무엇입니까?

10:그림 8 의 자기장에서 와이어의 직사각형 루프에 대한 힘을 사용하여 전계 강도를 측정 할 수 있습니다. 필드는 균일하고 루프의 평면은 필드에 수직입니다. (a)루프에서 자력의 방향은 무엇입니까? 을 정당화하는 요구되는 힘의 측면에 반복이 동일하고는 반대로,독립적이 얼마나 반복의 분야에 영향을 미치지 않습 net 력에 반복입니다. (b)5.00A 의 전류가 사용되면 20.0cm 와이드 루프에서 테슬라 당 힘은 얼마입니까?

를 보여주는 도면이 직사각형 루프의 와이어,한쪽 끝에 자기장 내에 있는 원형 지역입니다. 필드 B 는 페이지 밖으로 향하게됩니다. 현재 내에서 실행하는 비행기의 페이지의 왼쪽 아래로 회로를 향해,오른쪽 하단의 회로,그리고 상승에서 오른쪽의 회로입니다. 회로의 하단에서 왼쪽에서 오른쪽으로 실행되는 와이어 세그먼트의 길이는 20 센티미터입니다.
그림 8.

솔루션

문제를&연습

1:(a)웨스트(왼쪽)

(b)으로 페이지

(c) 북쪽(위)

(d)no force

(e)동(오른쪽)

(f)남미(아래로)

3:(a)으로 페이지

(b)서(왼쪽)

(c)중 페이지

5:(a) 2.50N

(b)이것은 대략 절반의 파운드당 100m 는 와이어의보다 훨씬 적은 중량의 철사 그 자체. 따라서 특별한 우려를 일으키지 않습니다.

7:1.80T

9: 나는 이것이 어떻게 작동하는지 잘 모르겠습니다.