Fysiikka 7 - Magnetismi

Question 1

Miten kestomagneetteja voi valmistaa?

Answer 1

Lisäämällä rautaan kobolttia tai booria. Keraamisia kestomagneetteja ovat ferriitit. Ne ovat eristeitä, rautaoksidien ja muiden oksidien seoksia.

Question 2

Mikä on magneettikentän suunta?

Answer 2

PPP=punainen, pohjoinen, pois eli pohjoiskohtiolta eteläkohtiolle (sauvamagneetin ulkopuolella). Magneettikentän kenttäviivat eivät ala mistään eivätkä pääty mihinkään, vaan ovat sulkeutuvia käyriä. Magneettikenttä on etävuorovaikutus.

Sauvamagneetin sisällä kentän suunta on eteläkohtiolta pohjoiskohtiolle.

Magneettikenttä on kolmiulotteinen.

Question 3

Mikä kertoo magneettikentän voimakkuuden?

Answer 3

Magneettivuon tiheys B [T=Tesla].
Kenttäviivojen tangentin suunnassa. Suurempi lähempänä magneettia kuin kauempana. Mitä tiheämmässä kenttäviivoja on, sitä suurempi magneettivuon tiheys.

Question 4

Mikä on magneettivuo?

Answer 4

Magneettivuo [W=Weber]. läpäisee magneettikenttää vastaan kohtisuorassa olevan pinnan. Magneettivuo=AB missä A on pinnan ala. Magneettikenttää vastaan kohtisuoran pinnan läpi kulkevien kenttäviivojen lkm.

Question 5

Magneettikentän aiheuttama momentti käämiin? Miten käämi tai muu virtasilmukka pyrkii asettumaan ulkoisessa magneettikentässä?

Answer 5

Pyrkii asettumaan niin että käämin aiheuttaman magneettikentän kenttäviivat samansuuntaiset ulkoisen magneettikentän kanssa. Magneettisten voimien aiheuttama momentti virtasilmukkaan on M=ABIsin(alpha). Käämissä N kpl virtasilmukoita, joten M=NABIsin(alpha)

Question 6

Magneettikentän aiheuttama voima virtajohtimeen?

Answer 6

F=IlB, I=virta l=pituus.

Question 7

Suoran virtajohtimen magneettikentän magneettivuon tiheys? Amperen laki kahdelle virtajohtimelle?

Answer 7

Magneettivuon tiheys B=(μ/2pi)(I/r). Nyt kun ulkoisen kentän aiheuttama voima F=IlBsin(alpha), niin kahden virtajohtimen välinen voima F=(μ/2pi)(I(1)I(2)/r)*l.

Question 8

Magneettivuon tiheyden symboli ja yksikkö? Yksikkö avattuna?

Answer 8

B [T=Tesla]. F=qvB [N=Cm/sT -> T=N/(As*m/s) = N/As].

Sama yksikkö saadaan kaavalla B=(μ/2pi)*(I/r).

Question 9

Magneettivuo, symboli, yksikkö, kaava.

Answer 9

Vuo Φ=AB. Yksikkö [Wb=Weber]. [Wb=m^2*T]

Question 10

Magneettivuo, symboli, yksikkö, kaava.

Answer 10

Vuo Φ=AB. Yksikkö [Wb=Weber]. [Wb=m^2*T]

Question 11

Millainen voima kohdistuu negatiivisesti varattuun hiukkaseen sähkökentänsä? Mitä sen potentiaalienergialle tapahtuu liikkuessa sähkökentän suuntaan?

Answer 11

Kohdistuu sähkökentän suunnalle vastakkainen voima. Tällöin negatiivisen hiukkasen kulkiessa sähkökentän suunnassa (kohti negat. kohtiota), voima ja nopeus vastakkaissuuntaiset, joten työ on silloin negatiivista (tehtävä työtä) ja potentiaalienergia kasvaa.

Question 12

Varatun hiukkasen kiihtyvyys sähkökentäsSä?

Answer 12

F=qE=ma -> a=(qE)/m.

Question 13

Sähköisen voiman tekemä työ? Työperiaate sähkökentässä?

Answer 13

W=qEx=qU (=-Ep). Työperiaate sähkökentässä W=dEk

0,5mv^2-0,5mv(0)^2 = qU = qEdx.

Question 14

1eV Jouleissa?

Answer 14

1eV = 1,602*10^(-19) J

Question 15

Hiukkasen liike homogeenisessä sähkökentässä vs magneettikentässä. Vertaile.

Answer 15

Sähkökentästä kohdistuu hiukkaseen voima F, joka sähkökentän suunnan mukainen ja samansuuruinen koko ajan. Kohdistuu myös vaikka hiukkanen olisi paikallaan. Sähkökentässä liike voi olla kaareutuvaa. Sähköinen voima tekee työtä ja hiukkasen liike-energia muuttuu.

Magneettikentässä hiukkaseen kohdistuu voima jos se liikkuu. Voiman suunta muuttuu koko ajan hiukkasen liikkuessa. Hiukkanen joutuu ympyräliikkeeseen (oikean käden säännöllä liikesuunta positiiviselle hiuk.). Voima ei tee työtä ja hiukkasen liike-energia pysyy samana.

Question 16

Magneettikentän kaavat hiukkaselle, johtimelle, käämille. Johdinten aiheuttama magneettikenttä

Answer 16

Hiukkaselle F=qvB(sin(alpha))=ma(n)
Johtimelle F=BIl
Käämille M=NABIsin(alpha)
Johtimen aiheuttama B=(μ/2pi)(I/r) (F=IlB)

Question 17

Mitä tarkoittaa sähkömagneettinen induktio?

Answer 17

Kun magneettikenttä muuttuu johdinsilmukan sisällä, johdinsilmukkaan indusoituu lähdejännite.

Mg-kentän muutos tarkoittaa silmukan lävistävän vuon muutosta: silmukan alan A muutos, magneettivuon tiheyden B muutos tai magneettikentän kääntyminen silmukan suhteen.

Question 18

Mitä muuttuva magneettikenttä indusoi?

Answer 18

Indusoi sähkökentän tai lähdejännitteen tai sähkövirran.

Question 19

Mitä tapahtuu liikkuvalle johdinsauvalle magneettikentässä?

Answer 19

Siihen indusoituu sähkökenttä. Magneettikenttä vaikuttaa liikkuvan sauvan elektroneihin voimalla F(B). Elektronit liikkuvat sen johdosta sauvassa ja syntyy varausjakauma, joka aiheuttaa sauvaan sähkökentän. Elektronit liikkuvat, kunnes mg- ja s-kentän niihin kohdistavat voimat ovat yhtä suuret. Indusoituva lähdejännite e (sähkökenttä) riippuu johtimen pituudesta l, nopeudesta v ja vuon tiheydestä B
e=lvB

Question 20

Johda kaava e=lvB

Answer 20

Johdinsauvaan indusoituva jännite e=lvB

F(B)=F(E)
gvB=Eq
E=vB. toisaalta U=e=Ed=El

e/l=vB
e=lvB

Question 21

Mikä määrää silmukkaan syntyneen (muuttuvan magneettivuon) aiheuttaman indusoituneen virran suunnan?

Answer 21

Indusoitunut magneettikenttä (ja Lenzin laki). Lain avulla saadaan mihin suuntaan on indusoitunut magneettikenttä B(ind). Lain mukaan indusoituvan magneettikenttä pyrkii vastustamaan ulkoisen kentän muutosta. Indusoituneen kentän avulla saadaan virran suunta oikean käden (tarttumis) säännön avulla.

Kaavoilla: kun A tai B pienenee (vuo=AB) vuo pienenee, jolloin muutosta vastustava kenttä B(ind) pyrkii pitämään vuon samnsuuruisena ja on siten samansuuntainen kuin alkuperäinen kenttä B.

Question 22

Miten syntyy pyörrevirtoja metallilevyyn?

Answer 22

Kun levy on magneettikenttää vastaan kohtisuorassa ja magneettikenttä muuttuu (esim levy liikkuu), levyyn syntyy pyörrevirtoja. Toisella puolella magneettikenttää alkuperäinen kenttä heikkenee, jolloin indusoituu sen kanssa samansuuntainen magneettikenttä ja sen mukaan pyörrevirran suunta. Toisella puolella taas alkuperäinen kenttä kasvaa ja siihen indusoituu kasvua vastustava eli vastakkaissuuntainen magneettikenttä. Kentän kasvu tai heikkeneminen riippuu siitä mihin suuntaan levy liikkuu (nopeus v mihin suuntaan).

Question 23

Missä hyödynnetään pyörrevirtoja?

Answer 23

Induktioliedessä, induktiojarrussa ja metallinpaljastimessa.

Question 24

Mitä on itseinduktio?

Answer 24

Käämissä olevan oman sähkövirran muutos indusoi käämiin sähkövirran muutosta vastustavan lähdejännitteen.

TS. käämissä oleva muuttuva sähkökenttä saa aikaan muuttuvan magneettikentän joka saa aikaan käämiin lähdejännitteen.

Virtapiirissä käämissä itseinduktio tasoittaa virtapiirissä tapahtuvia sähkövirran muutoksia Lenzin lain mukaisesti.

Question 25

itseinduktiojännitteen kaava?

Answer 25

e(L)=-L*(di/dt)

Question 26

Mikä on induktanssi? Symboli ja yksikkö.

Answer 26

Induktanssi L on käämille ominainen vakio, joka kuvaa sen ominaisuutta vastustaa sähkövirran muutosta. Mitä suurempi käämin induktanssi on, sitä voimakkaampi on itseinduktioilmiö (vrt sama ku u=Ri).

Yksikkö H=Henry=Vs/A

Question 27

Magneettivuon yksikkö?

Answer 27

Wb=Weber=T*m^2

Question 28

Yksikkö T Tesla. millä ja miten muodostuu?

Answer 28

Tesla on magneettivuon tiheyden B yksikkö. T=N/(Am) =kg/(A*s^2)

Question 29

Miten käämi toimii virtapiirissä?

Answer 29

Kun virtapiirin virta kasvaa, käämi toimii vastuksena ja siinä siis sähkövirran kasvu aiheuttaa sähkövirran kasvua vastustavan itseinduktiojännitteen.

Kun virta I pienenee, käämi toimii jännitelähteen tavoin, ja siinä siis sähkövirran pieneneminen aiheuttaa pienenemistä vastustavan itseinduktiojännitteen.

Käämi tasoittaa siis virtapiirissä tapahtuvia sähkövirran muutoksia!