Magnetjõud kahe vooluga juhtme vahel. Ampere’i seadus
Magnetjõud kahe vooluga juhtme vahel. Ampere’i seadus

Teame, et kaks püsimagnetit tõukuvad või tõmbuvad. Ka püsimagnet ja vooluga juhe mõjuvad teineteisele magnetjõuga. Järelikult peaksid ka kaks juhet teineteist magnetjõuga mõjutama, kuna mõlemat juhet ümbritseb magnetväli.

Joonisel 2.23 on kujutatud kahte vooluga juhet. Juhtmetes on voolu suund ühesugune – alt üles.

Joonis 2.23. Vooluga juhe teise vooluga juhtme magnetväljas.

Määrame parema käe reegli abil magnetvälja jõujoonte suuna ümber esimese juhtme. Jooniselt märkame, et teine juhe asub esimese juhtme magnetväljas.

Kasutame nüüd vasaku käe reeglit teisele juhtmele mõjuva magnetjõu suuna kindlaks tegemiseks. Asetame vasaku käe teise juhtme juurde selliselt, et sõrmed näitavad voolu suunda, jõujoon suundub peopessa. Väljasirutatud pöial näitab nüüd teisele juhtmele mõjuva magnetjõu suunda. Kuna pöial on suunatud esimese juhtme suunas, võib väita, et esimese juhtme magnetväli tõmbab teist juhet enda poole.

Kui teha läbi sama protsess ka teise juhtme magnetvälja mõju kohta esimesele juhtmele, saame, et ka esimest juhet tõmbab teise juhtme magnetväli. Seega võime öelda, et kui juhtmetes on samasuunaline vool, siis need juhtmed tõmbuvad.

Kahe juhtme vastastikmõju uuris esimesena väga põhjalikult André-Marie Ampère (1775–1836). Tema töödest võib leida ka hüpoteetilise elektrimolekuli, mis osaleb elektrivoolus ja on seotud magnetvälja tekkega – omamoodi elektroni eelkäija 19. sajandi algusest. Ampère märkas, et

a) mida intensiivsem on vool kahes paralleelses juhtmes, seda tugevam on juhtmete vastastikmõju;
b) juhtmetevaheline jõud sõltub pöördvõrdeliselt nendevahelisest kaugusest.

Seega võib joonisel 2.23 kujutatud situatsiooni põhjal väita, et kui ühes või mõlemas juhtmes vool tugevneb, siis tugevneb ka juhtmeid ümbritsev magnetväli ning suureneb juhtmete vahel mõjuv tõmbejõud.

Ampère esitas oma järeldused valemina

kus ja on voolutugevused juhtmetes, on juhtmete pikkus ja nendevaheline kaugus. on konstant, mis on seotud juhtmetevahelise keskkonnaga. Vaakumis .

Näidisülesanne

Katses saab näidata, et vedru lüheneb, kui sellest vool läbi lasta. Selgita seda nähtust. Hinda, kui suur jõud mõjub kahe keeru vahel, kui voolutugevuseks mõõdeti , keerdudevaheline kaugus on ja ühe keeru ümbermõõt on 8cm.

Lahendus

Joonis 2.24. Elektrivool läbi vedru.

Joonisel 2.24 on vedru ühendatud vooluringi ja vedrule on joonisel märgitud voolusuund. Kuna kõikides keerdudes on vool samasuunaline, siis keerdude vahel mõjub tõmbejõud ja vedru tõmbub kokku.

Parema mudeli puudumisel kasutame valemit

Paneme tähele, et meie uuritavas situatsioonis on see väga ebatäpne.

Arvutame

Saadud jõud on väga väike. Võime küll eeldada, et kuna tegu on vedruga, siis vooluga keerde on mitmeid ja nii mõjub keerdudele ka teiste keerdude magnetväli ning mõjuv jõud on seeläbi suurem. Samas peavad selleks, et vedru märgatavalt lüheneks, vedru mass ja jäikus olema üsna väiksed. Tegelikult lüheneb vedru igal juhul, aga seda ei pruugi palja silmaga näha olla.

Ülesanded
Joonisel 2.25 on kaks paralleelset vooluga juhet. a) Selgita, miks kaks paralleelset juhet tõukuvad, kui neis on voolu suunad erinevad. Kasuta parema ja vasaku käe reegleid.b) Millised peaksid olema juhtmed ja kuidas need peaksid paiknema, et juhtmetevaheline jõud oleks vastavas katses märgatav?
Miks puudub kahe risti paikneva vooluga juhtme vahel magnetjõud?
Additional materialsAdditional tasks