Zadaci tjedna

Rješenje

Krenimo od činjenice da se dva paralelna vodiča međusobno privlače ako kroz njih teku struje u istom smjeru i definicije ampera. Jedan amper je jakost konstantne električne struje koja prolazeći kroz dva beskonačno duga paralelna vodiča zanemarivog poprečnog presjeka, koji se nalaze u vakuumu na udaljenosti jednog metra, proizvodi silu jednaku 2·10^–7 njutna po metru duljine.

Zavojnicu možemo shvatiti kao niz paralelnih vodiča. Zbog privlačne sile između zavoja u zavojnici kad kroz nju teče struja (u susjednim zavojima struja teče u istom smjeru), zavojnica ima potencijalnu energiju. Razvlačenjem zavoja vršimo rad protiv te privlačne sile, pa mehaničku energiju pretvaramo u električnu energiju i tako je predajemo strujnom krugu. Električna energija javlja se u vidu električne struje koja pomaže bateriji, tj. u istog je smjera kao i struja baterije. Zbog toga rastezanjem zavojnice povećavamo struju u krugu. Što se tiče pretvorbe mehaničke energije u električnu, možemo reći i to da rastezanjem zavojnice zapravo pomičemo jedan vodič u magnetskom polju drugog vodiča, zbog čega se u prvom vodiču inducira elektromotorna sila, a time i struja.

Možemo razmišljati i drugačije.
Ako zavojnicu priključimo na izvor stalnog napona, ampermetar neće odmah pokazati puni otklon. Struja će postepeno rasti od nule do najveće vrijednosti. Najveća vrijednost struje I određena je omjerom napona baterije i otpora žice od koje je zavojnica izrađena. Ako sada kratko spojimo bateriju (dobro ju je i isključiti iz kruga da se ne ošteti), struja u krugu ne pada trenutno, već s maksimalne vrijednosti I polako pada na nulu. Struja teče iako u strujnom krugu nema baterije! Očito je nakratko zavojnica izvor napona. No, što je to ostalo u zavojnici da se ponaša kao izvor električne energije?

U zavojnici je pohranjena energija magnetskog polja. Prilikom priključenja dio električne energije baterije pretvarao se u energiju magnetskog polja zavojnice. Zbog toga je na početku struja u krugu bila manja: kao da nam je nešto "kralo struju". Pri isključenju zavojnica nam je pohranjenu energiju vratila natrag u vidu električne struje i to točno u iznosu "ukradene struje". Energija pohranjena u zavojnici razmjerna je induktivitetu L zavojnice i kvadratu struje, te iznosi E = LI²/2. Induktivitet zavojnice obrnuto je razmjeran duljini zavojnice l i jednak L = µN²S/l gdje je µ magnetska permeabilnost sredstva u zavojnici, N broj zavoja a S površina presjeka zavojnice.

Sada možemo odgovoriti na pitanje postavljeno u zadatku. Ako povećavamo duljinu zavojnice smanjuje se njen induktivitet, a time se smanjuje i energija pohranjena u njoj. Zbog toga zavojnica "vraća struju" natrag u strujni krug. Ta se struja pribraja postojećoj struji I pa ukupna struja u strujnom krugu postaje veća.

(I.A.)

	Zadatak tjedna (28. travnja 2008.) Zavojnicu spojimo u strujni krug istosmje-rnog napona i ampermetrom mjerimo stalnu struju koja teče kroz nju. Zatim krajeve zavojnice počnemo rastezati jednolikom brzinom povećavajući njenu duljinu. Što će pokazivati ampermetar dok rastežemo zavojnicu? Neće pokazati nikakvu promjenu jer je brzina rastezanja stalna. Struja će naglo skočiti na veću vrijednost samo na početku rastezanja, te se brzo vratiti na prijašnju vrijednost. Pokazivat će manju struju jer se smanjuje broj zavoja po jedinici duljine. Pokazivat će veću struju jer ulažemo rad na rastezanje zavoja koji se međusobno privlače. Struja će pasti na nulu uslijed poništavanja međusobno suprotnih djelovanja. (H.M.)
	Rješenje Krenimo od činjenice da se dva paralelna vodiča međusobno privlače ako kroz njih teku struje u istom smjeru i definicije ampera. Jedan amper je jakost konstantne električne struje koja prolazeći kroz dva beskonačno duga paralelna vodiča zanemarivog poprečnog presjeka, koji se nalaze u vakuumu na udaljenosti jednog metra, proizvodi silu jednaku 2·10^–7 njutna po metru duljine. Zavojnicu možemo shvatiti kao niz paralelnih vodiča. Zbog privlačne sile između zavoja u zavojnici kad kroz nju teče struja (u susjednim zavojima struja teče u istom smjeru), zavojnica ima potencijalnu energiju. Razvlačenjem zavoja vršimo rad protiv te privlačne sile, pa mehaničku energiju pretvaramo u električnu energiju i tako je predajemo strujnom krugu. Električna energija javlja se u vidu električne struje koja pomaže bateriji, tj. u istog je smjera kao i struja baterije. Zbog toga rastezanjem zavojnice povećavamo struju u krugu. Što se tiče pretvorbe mehaničke energije u električnu, možemo reći i to da rastezanjem zavojnice zapravo pomičemo jedan vodič u magnetskom polju drugog vodiča, zbog čega se u prvom vodiču inducira elektromotorna sila, a time i struja. Možemo razmišljati i drugačije. Ako zavojnicu priključimo na izvor stalnog napona, ampermetar neće odmah pokazati puni otklon. Struja će postepeno rasti od nule do najveće vrijednosti. Najveća vrijednost struje I određena je omjerom napona baterije i otpora žice od koje je zavojnica izrađena. Ako sada kratko spojimo bateriju (dobro ju je i isključiti iz kruga da se ne ošteti), struja u krugu ne pada trenutno, već s maksimalne vrijednosti I polako pada na nulu. Struja teče iako u strujnom krugu nema baterije! Očito je nakratko zavojnica izvor napona. No, što je to ostalo u zavojnici da se ponaša kao izvor električne energije? U zavojnici je pohranjena energija magnetskog polja. Prilikom priključenja dio električne energije baterije pretvarao se u energiju magnetskog polja zavojnice. Zbog toga je na početku struja u krugu bila manja: kao da nam je nešto "kralo struju". Pri isključenju zavojnica nam je pohranjenu energiju vratila natrag u vidu električne struje i to točno u iznosu "ukradene struje". Energija pohranjena u zavojnici razmjerna je induktivitetu L zavojnice i kvadratu struje, te iznosi E = LI²/2. Induktivitet zavojnice obrnuto je razmjeran duljini zavojnice l i jednak L = µN²S/l gdje je µ magnetska permeabilnost sredstva u zavojnici, N broj zavoja a S površina presjeka zavojnice. Sada možemo odgovoriti na pitanje postavljeno u zadatku. Ako povećavamo duljinu zavojnice smanjuje se njen induktivitet, a time se smanjuje i energija pohranjena u njoj. Zbog toga zavojnica "vraća struju" natrag u strujni krug. Ta se struja pribraja postojećoj struji I pa ukupna struja u strujnom krugu postaje veća. (I.A.)
	Šaljite nam svoje primjedbe, komentare i rješenja. Šaljite nam svoje konceptualne zadatke. Mi ćemo ih objaviti! Voditelj Eškole FIZIKA, Ivica Aviani Više zadataka možete naći ovdje >>.