1.2 Elektrodünaamiline jõud

Transcript

1 . Elektrodüniline jõud.. Jõud rööpsete juhtide vhel Elektriprti võib läbid k lühisvool, is on sdu või isegi tuhndeid kordi suure prdi niivoolust. Voolu toiel tekib voolujuhtivte osde vhel ehniline jõud, id niettkse elektrodüniliseks jõuks. Liigsuure voolu korrl võivd selle jõu toiel deforeerud nii voolujuhtivd osd kui k neid kinnitv konstruktsioon. Lisks voolutugevusele sõltub defortsiooni suurus voolujuhtide ovhelisest kugusest, is prtides on ensti inilne. Seetõttu on kõik lülitusprdid rvuttud elektrodünilisele vstupidvusele. Teisest küljest tekkivt jõudu ksuttkse elektrodüniliste vbstite rkendiseks j elektrikre puhuiseks. Kui juhet läbib vool, siis tekib juhte über kontsentriline gnetväli. Mid lähel juhtele, sed tugev see gnetväli on. Mgnetvälj suund oleneb voolu suunst juhtes j sed sb äärt kruvireegli bil: kui prekeereg kruvi liigub voolu I suuns, siis kruvi pöörleissuund ühtib juhet übritsev gnetvälj jõujoonte suung. Joon... Kruvireegel gnetvälj suun ääriseks Kui kks juhet on rööbiti, ngu see prtides sgeli on, tekib juhtete vhel jõud, sest üks juhe on teise gnetväljs. Meenute juhtuit, kui voolug juhe on gnetväljs. Joon... Voolug juhe gnetväljs Mgnetväljd liituvd, tekkiv gnetväli sõltub voolu suunst juhtes j gnetvoo suunst. Tekkiv jõud = B I l juhtele õjuv jõud njuutonites B vootihedus tesldes (T) I voolutugevus prites (A) l juhte pikkus gnetväljs eetrites () 7

2 Kui gnetvälj tekitb teine juhe, täpseini, kui juhted on teineteise gnetväljs, siis ssuunlised voolud tekitvd tõbejõu, vstssuunlised voolud tekitvd tõukejõu. Joon...3 Voolug juhe gnetväljs Mgnetväljtugevus ürjuhtest kugusel R I H = π R. Kuivõrd B = µh, siis, tähistdes juhtetevhelise kuguse (=R) = B I l = µ H I I l = µ I π I I l = µ l π Kui vool õles juhtes on ühesuurune ( I = I = I ) ning juhteid übritseb õhk, siis I I l = µ 0 l = 4π 0 l = 0 I. (*) π π Ettekujutuseks: Kui 5 c pikkused rööpsed ürjuhid on teineteisest,5 c kugusel j neid läbib lühisvool 0 ka, siis kulegi juhtele õjub jõud = ,5 = 800 N 0,05 Mälettvsti on N võrdne jõug, is nnb -kilogrise ssig kehle kiirenduse /s. Tegelikult on see rvutus sed täpse id suure on juhte pikkuse j juhtetevhelise kuguse suhe. Kuivõrd pole täpselt ted k teised suurused, eriti lühisvool, siis siinkohl võib selleg piirdud. 8

3 See vle kehtib ürjuhte koht, illes vool liigub ööd geoeetrilist telge. Elektriprtides on sgeli ksutusel ristkülikukujulise ristlõikeg juhid. Nende vhel tekkiv elektrodünilise jõu rvutisel ksuttkse kujutegurit k k, ille suurus sõltub juhtide ovhelisest kugusest ning ristlõike geoeetrist. = k k. Kujuteguri ääriseks sb ksutd kõverid (joonis..4) Joon...4 Kujutegur Nähtub, et ruudukujulise ristlõike korrl on kujutegur prktiliselt, ning jääb teistes relsetes situtsioonides vheikku 0,8,... Jõud juhi ristlõike uutuisel See on situtsioon, is esineb kontktide vhel. Norltlitlusel on ürjuhis vool oend tekittud gnetväljs keskendunud juhi geoeetrilise pikitelje über. Tekkiv jõud r on rdilne, ingit teljesuunlist jõudu ei teki. Kui juhi ristlõige uutub, siis eleentrvoolud/voolujooned (vooluniidid) kõverduvd, ning tekkiv jõu suund uutub. Tekib teljesuunline koponent t, is on lti suuntud suure ristlõike poole. Joon...5 Elektrodüniline jõud juhi ristlõike sujuvl uutuisel Joon...6 Elektrodüniline jõud ristlõike stelisel uutuisel 9

4 Kui juhi ristlõige väheneb järsult (steliselt) (vt. joonis..6), siis tekivd enne j pärst kitsskoht teineteiseg prlleelselt kulgevd vstssuunlised voolujooned, is tekitvd teljesuunlise ehk telgjõu. Telgjõu suurus ei sõltu üleineku kujust, vid inult ristlõigete rdiuste suhtest ning on vldtv vleig r r t = 0 i ln. Elektriprtide kontktide vhel on kontkte lhutd püüdev jõud tühine. Lühise korrl ultub tekkiv jõud sdde njuutoniteni. See jõud suurendb kontktide vneiskiirust...3 Elektrikrele ferrognetilises keskkonns õjuv jõud errognetilise keskkonn lähistel voolug juhti übritsev gnetväli oondub (vt. joon...7). Mgnetvälj jooned püüvd sulgud ööd ferrogneetikut. Tekkiv jõud püüb juhti tõt ferrogneetiku poole. Selle tõbejõu suuruse ääriseks kujute ette udelit, kus ferrogneetiku seel on teine juhe just s kugel keskkondde lhutuspinnst (joon...8). Joon...7 Mgnetväli tekitb tõbejõu Joon...8 Tõbejõu äärise udel Väljpilt ei uutu, sest kuigi kugus suurenes kks kord, suurenes kks kord k vool. Khe rööpjuhi vheline tõbejõud eelpool (enne 0 ka näidet) tulettud vlei (*) kohselt l = 0 i, sest kuguse seel on nüüd. Meeldetuletuseks: see nlüüs on korrektne voolujuhi lõptu pikkuse j küllstut gnethel korrl. Tegelikkuses on jõud õnevõrr väikse. Anloogiline situtsioon tekib k juhis, is on ferrognetilisest terjlist pilus (joonis..9) Joon...9 Juhile ferrognetilises pilus õjuv jõud 0

5 Krekustutusvõres näiteks õjub krele pilusse jõudisel tõbejõud l x = π 0 i δ x l krekustutusvõre ktiivpikkus elektrikre pikitelje suuns (risti joonise tspinng) pilu lius juhi (kre) sukohs δ x Vleist nähtub, et pilu kitsenedes tõbejõud suureneb. Elektrikre suuniseks krekustutusvõresse ksuttkse ensti gnetilist puhuist. Mgnetvälj peiseks tekitjks on krekustutuspool...3 Elektrodüniline jõud ühefsilise vhelduvvoolug Vhelduvvoolu puhul kehtivd kõik eelpooltoodud vleid. Muidugi uutub k jõud siinuseliselt. Rööpsete pikkde voolujuhtide korrl võib luseks võtt vlei (*) = 0 i l Püsitlitluses i = I sinωt ning l I l = 0 I sin ω t = 0 ( cos ωt). Tähistdes l/ = c võib kirjutd jõu plituudväärtuseks = 0 ning jõu vldiseks kujuneb = cos ωt. Nähtub, et vhelduvvoolug sb tekkivt jõudu vdeld koosnevn püsikoponendist ning khekordse sgeduseg uutuvst vhelduvkoponendist cos ωt ehk teisiti öeldes: jõud uutub nullist ksiuväärtuseni siinuseliselt ning ärki uutt (vt. joon...0). Joon...0 Ühefsilise vhelduvvoolu põhjusttud elektrodüniline jõud

6 Ühefsilise vhelduvvoolu põhjusttud elektrodüniline jõud on kks kord suure kui s suure llisvoolu puhul. Jutt on voolu efektiivväärtusest. Teistsuguseks kujuneb olukord lühise tekkel või lüliti sisselülitisel lühisele. Lülitushetkest sõltuvlt võib tekkid löökvool, ille esiene plituud ületb väljkujunenud lühisvoolu plituudväärtust oluliselt (vt. joon...) Joon... Ühefsilise lühise tekkel põhjusttud elektrodüniline jõud i = (...,8) I = k I k I löök x löök = löök Mksilne võilik löögijõud, illele sede peb ole rvuttud löök x = 0 c ilöök x = 0 c(,8 I ) = 6,5 0. Ehk: lühisel tekkiv elektrodüniline jõud võib vhelduvvoolu puhul oll 6,5 kord suure kui ssuure llisvoolu puhul, sest llisvoolu lühisel löökvoolu ei teki...4 Elektrodüniline jõud kolefsilise vhelduvvoolug Kolefsilistes elektriprtides on voolujuhid ensti ühes tspinns (joonis..) Joon... Elektrodünilised jõud kolefsilises süsteeis Ig voolujuht on khe ülejäänud juhi voolu tekittud jõu õju ll. Esieses fsis = +, 3

7 kus 3 = 0 = 0,5 0 π sin ωt sinωt 3 4π sin ωt sinωt 3 Püsitlitlusel esiesele fsijuhile õjuv suuri tõukejõud tõuke x = 0,805 0 j suuri tõbejõud tõbe x 0,055 0 Anloogiliselt + = 3 ning =. tõukex tõbe x = 0,87 0 =. See suurus ongi võetud tugevusrvutuste luseks. Suuri löökvool tekib eeldtvsti kolefsilisel lühisel. Arvutustes peetkse sils vstvt lööktegurit. 3