गतिमान विद्युतभारावरील चुंबकीय बल व वर्तुळाकार गती
टीव्हीच्या जुन्या CRT नळीत इलेक्ट्रॉन किरण चुंबकाने वळवतात.
चुंबकीय बल फक्त गतिमान भारावर आणि v व B ला लंब : F = q v × B.
आकृतीत : B कागदात; बल केंद्राकडे ⇒ वर्तुळ.
नियम 1 : चुंबकीय बल — F = q v B sin θ (F = q v × B); बल v आणि B दोन्हींना लंब; कार्य 0, गतिज ऊर्जा स्थिर. 1 T = 1 N A⁻¹ m⁻¹.
- सोपे : q = 1.6 × 10⁻¹⁹ C, v = 3 × 10⁶, B = 0.2 T, θ = 90° ⇒ F = 9.6 × 10⁻¹⁴ N.
- मध्यम : v ∥ B ⇒ F = 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : चुंबकीय बल कार्य करते? (1) नाही (2) होय (3) कधी कधी (4) कमाल → उत्तर 1)
नियम 2 : वर्तुळाकार गती — v ⟂ B ⇒ r = m v ÷ q B, T = 2π m ÷ q B (v वर अवलंबून नाही), ω = q B ÷ m.
- सोपे : इलेक्ट्रॉन v = 2 × 10⁶, B = 0.5 mT ⇒ r = 2.28 × 10⁻² m.
- मध्यम : T = 7.15 × 10⁻⁸ s.
- परीक्षेसाठी (CET) : T कशावर नाही? (1) v (2) m (3) q (4) B → उत्तर 1)
नियम 3 : ऊर्जा व संवेग — r = p ÷ qB; KE = q² B² r² ÷ 2m. समान KE: r ∝ √m ÷ q.
- सोपे : प्रोटॉन व α समान गतीने : r_α : r_p = 2 : 1 (m 4 पट, q 2 पट).
- मध्यम : समान KE : r_α = r_p.
- परीक्षेसाठी (CET) : प्रोटॉन व डयुट्रॉन (समान v) : r_d : r_p? (1) 2 (2) 1 (3) 4 (4) 1/2 → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : r = m v ÷ q B
- पायरी 1 : F = q v B केंद्राभिमुख बल देते.
- पायरी 2 : m v² ÷ r = q v B.
- पायरी 3 : r साठी सोडवा : r = m v ÷ q B.
- पायरी 4 : T = 2π r ÷ v = 2π m ÷ q B.
F = qvB sinθ; r = mv/qB; T = 2πm/qB.
बल कार्य करत नाही; वेग बदलत नाही, दिशा बदलते.
आठवणीची युक्ती : "आडवा बल = वर्तुळ".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक / मितीय सूत्र |
|---|---|---|
| F | qvB sinθ | N |
| r | mv/qB | m |
| T | 2πm/qB | s |
| B | F/qv | T; [M T⁻² A⁻¹] |
सरावासाठी प्रश्न
- 1B चे एकक?
- 2बलाची दिशा?
- 3T कशावर अवलंबून नाही?
- 4q = 2 µC, v = 10³, B = 0.5 T : F?
- 5इलेक्ट्रॉन r = 2 cm; B दुप्पट : r?
- 6m = 2 × 10⁻²⁷, q = 1.6 × 10⁻¹⁹, B = 0.1 T : T?
- 7α व प्रोटॉन समान KE : r गुणोत्तर?
- 8v 30° कोनात B शी : F चे गुणोत्तर 90° शी?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1टेस्ला
- 2v आणि B ला लंब
- 3v
- 4F = 1 × 10⁻³ N
- 5r = 1 cm
- 6T = 7.85 × 10⁻⁷ s
- 71 : 1
- 81/2
सायक्लोट्रॉन, सर्पिल गती व परस्पर लंब क्षेत्रे
झोके देताना योग्य क्षणी धक्का दिला की झोका वाढतो; सायक्लोट्रॉन कणांना तसेच.
सायक्लोट्रॉन (cyclotron) चुंबकीय क्षेत्र व दोलन विद्युत क्षेत्राने कण वेगवान करतो.
आकृतीत : D₁ व D₂ मध्ये अर्धवर्तुळे; फट जवळ गती वाढ.
सायक्लोट्रॉन, सर्पिल गती व परस्पर लंब क्षेत्रे
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : सायक्लोट्रॉन तत्त्व — T v आणि r वर अवलंबून नाही ⇒ स्थिर आवर्तन f = q B ÷ 2π m; D मधील अंतरात विद्युत क्षेत्र प्रत्येक अर्धवर्तुळात गती वाढवते.
- सोपे : प्रोटॉन, B = 1.5 T ⇒ f = 22.9 MHz.
- मध्यम : आवर्तन-दर विद्युत क्षेत्राच्या f शी जुळवा.
- परीक्षेसाठी (CET) : सायक्लोट्रॉनचा f कशावर? (1) q, B, m (2) v (3) r (4) E → उत्तर 1)
नियम 2 : कमाल ऊर्जा — KE_max = q² B² R² ÷ 2m.
- सोपे : B = 1.5 T, R = 0.5 m, प्रोटॉन ⇒ KE = 26.9 MeV.
- मध्यम : R दुप्पट ⇒ KE चौपट.
- परीक्षेसाठी (CET) : KE_max ∝ ? (1) R² (2) R (3) 1/R (4) R⁰ → उत्तर 1)
नियम 3 : सर्पिल गती व परस्पर लंब क्षेत्रे — v चा घटक B ला समांतर ⇒ सर्पिल; पिच = v_∥ T. E ⟂ B : वेग निवडक v = E ÷ B (सरळ जाणारे).
- सोपे : E = 2 × 10⁴ V/m, B = 0.04 T ⇒ v = 5 × 10⁵ m/s.
- मध्यम : पिच = 2π m v cosθ ÷ qB.
- परीक्षेसाठी (CET) : वेग निवडक v? (1) E/B (2) B/E (3) EB (4) E−B → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : KE_max = q²B²R² ÷ 2m
- पायरी 1 : बाह्य त्रिज्या R : v = q B R ÷ m.
- पायरी 2 : KE = ½ m v².
- पायरी 3 : = ½ m (qBR/m)².
- पायरी 4 : KE = q² B² R² ÷ 2m.
f = qB/2πm; KE_max = q²B²R²/2m; v = E/B.
KE_max कणाच्या वस्तुमानावर अवलंबून; E वर नाही.
आठवणीची युक्ती : "आवर्तन कायम, ऊर्जा R²".
फरक ओळखा
| साधन | सूत्र | अट |
|---|---|---|
| सायक्लोट्रॉन f | qB/2πm | स्थिर |
| KE_max | q²B²R²/2m | R = D त्रिज्या |
| वेग निवडक | E/B | E ⟂ B ⟂ v |
सरावासाठी प्रश्न
- 1सायक्लोट्रॉन काय वेगवान करतो?
- 2f कशावर?
- 3वेग निवडक सूत्र?
- 4B = 1 T, α : f? (m = 6.64 × 10⁻²⁷, q = 3.2 × 10⁻¹⁹)
- 5E = 10⁴, B = 0.02 : v?
- 6R = 0.4, B = 1 T प्रोटॉन : KE?
- 7पिच काढा : v = 10⁶, θ = 60°, B = 0.01 T, इलेक्ट्रॉन
- 8R दुप्पट केल्यास KE?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1आवेशित कण
- 2q, B, m
- 3E/B
- 4f = 7.67 MHz
- 5v = 5 × 10⁵ m/s
- 6KE = 7.66 MeV
- 7पिच = 1.79 × 10⁻³ m
- 84 पट
प्रवाहवाहक वाहकांवरील बल व समांतर तारांमधील बल
इलेक्ट्रिक मोटर फिरते ती चुंबकीय क्षेत्रातील तारेवरच्या बलामुळे.
तारेतील प्रवाहावर बल म्हणजे असंख्य गतिमान भारांवरील बलांची बेरीज.
आकृतीत : एकदिशा प्रवाह ⇒ आकर्षण.
नियम 1 : प्रवाहवाहक तारेवर बल — F = I l B sin θ (F = I l × B). दिशा : फ्लेमिंग डावा हात.
- सोपे : I = 5 A, l = 0.2 m, B = 0.4 T, θ = 30° ⇒ F = 0.2 N.
- मध्यम : I ∥ B ⇒ F = 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : F कमाल कधी? (1) θ = 90° (2) 0° (3) 45° (4) 180° → उत्तर 1)
नियम 2 : समांतर तारा — एकाच दिशेचे प्रवाह ⇒ आकर्षण; विरुद्ध ⇒ प्रतिकर्षण. F ÷ l = μ₀ I₁ I₂ ÷ 2π d.
- सोपे : I₁ = I₂ = 5 A, d = 0.1 m ⇒ F/l = 5 × 10⁻⁵ N/m.
- मध्यम : d दुप्पट ⇒ F निम्मा.
- परीक्षेसाठी (CET) : एकदिशा प्रवाह तारा? (1) आकर्षण (2) प्रतिकर्षण (3) 0 (4) फिरतात → उत्तर 1)
नियम 3 : ॲम्पिअरची व्याख्या — निर्वातात 1 m अंतरावरील दोन अनंत तारांमध्ये प्रति मीटर 2 × 10⁻⁷ N बल ⇒ प्रत्येकात 1 A.
- सोपे : 1 A, 1 m : F/l = 2 × 10⁻⁷ N/m ✓.
- मध्यम : μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T m A⁻¹.
- परीक्षेसाठी (CET) : F/l = 2 × 10⁻⁷ N/m ⇒ I = ? (1) 1 A (2) 2 A (3) 0.5 A (4) 10 A → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : F/l = μ₀ I₁ I₂ ÷ 2π d
- पायरी 1 : तार 1 चे B₂ वर : B = μ₀ I₁ ÷ 2π d.
- पायरी 2 : तार 2 वर F = I₂ l B.
- पायरी 3 : F = I₂ l μ₀ I₁ ÷ 2π d.
- पायरी 4 : F ÷ l = μ₀ I₁ I₂ ÷ 2π d.
F = IlBsinθ; F/l = μ₀I₁I₂/2πd.
एकदिशा विद्युत प्रवाह आकर्षतात (विद्युतभाराच्या उलट!).
आठवणीची युक्ती : "एकदिशा = एकत्र".
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक |
|---|---|---|
| F | IlB sinθ | N |
| F/l | μ₀I₁I₂/2πd | N/m |
| μ₀ | 4π×10⁻⁷ | T m A⁻¹ |
सरावासाठी प्रश्न
- 1F चे सूत्र?
- 2एकदिशा प्रवाह?
- 3ॲम्पिअर?
- 4I = 8, l = 0.5, B = 0.2, θ = 90° : F?
- 5I₁ = 10, I₂ = 20, d = 0.2 : F/l?
- 6d तिप्पट : F/l?
- 7तारा 4 cm अंतर, F/l = 5 × 10⁻⁵, I₁ = I₂ : I?
- 8प्रवाह दुप्पट दोन्हीत : F/l?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1I l B sinθ
- 2आकर्षण
- 32 × 10⁻⁷ N/m ⇒ 1 A
- 4F = 0.8 N
- 5F/l = 2 × 10⁻⁴ N/m
- 61/3
- 7I = 3.2 A
- 84 पट
बलाघूर्ण, चुंबकीय द्विध्रुव व चलचुंबक वेटोळे गॅल्व्हानोमीटर
मोटरचे आर्मेचर फिरते ते लूपवरच्या बलाघूर्णामुळे.
चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण (magnetic moment) m = N I A.
आकृतीत : त्रिज्य क्षेत्रात विक्षेप ∝ प्रवाह.
नियम 1 : लूपवरील बलाघूर्ण — τ = N I A B sin θ (θ = क्षेत्रफळ-सदिश आणि B मधील कोन); चुंबकीय आघूर्ण m = N I A, τ = m B sin θ.
- सोपे : N = 100, I = 10 mA, A = 4 cm², B = 0.2 T ⇒ τ(max) = 8 × 10⁻⁵ N m.
- मध्यम : m = N I A = 100 × 0.01 × 4 × 10⁻⁴ = 4 × 10⁻⁴ A m².
- परीक्षेसाठी (CET) : τ कमाल कधी? (1) B ∥ तल (2) B ⟂ तल (3) 45° (4) कधी नाही → उत्तर 1)
नियम 2 : चलचुंबक वेटोळे गॅल्व्हानोमीटर — त्रिज्य क्षेत्र ⇒ τ = N I A B नेहमी; पुनःस्थापन k θ ⇒ θ = N A B I ÷ k (विक्षेप ∝ I).
- सोपे : N = 50, A = 3 × 10⁻⁴, B = 0.1, k = 10⁻⁷ : θ/I = 50 × 3 × 10⁻⁴ × 0.1 ÷ 10⁻⁷ = 1.5 × 10⁴ rad/A.
- मध्यम : मऊ लोहक्रोड क्षेत्र त्रिज्य करतो.
- परीक्षेसाठी (CET) : विक्षेप ∝ ? (1) I (2) I² (3) √I (4) 1/I → उत्तर 1)
नियम 3 : चुंबकीय द्विध्रुव — m = N I A; क्षेत्रात U = −m B cos θ; τ = m × B. बार मॅग्नेट व लूप सारखे.
- सोपे : m = 0.5 A m², B = 0.2 T, θ = 60° : τ = 0.0866 N m.
- मध्यम : U(0°) = −m B.
- परीक्षेसाठी (CET) : m चे एकक? (1) A m² (2) A/m (3) N m (4) T → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : τ = N I A B sin θ
- पायरी 1 : आयताकार लूप a × b; बाजूंवर F = I a B.
- पायरी 2 : दोन समान, विरुद्ध बले = बलयुग्म; हात b sin θ.
- पायरी 3 : τ = I a B b sin θ = I A B sin θ.
- पायरी 4 : N वेढे : τ = N I A B sin θ.
τ = NIAB sinθ; m = NIA; θ = NABI/k.
θ क्षेत्रफळ-सदिशाशी (तलाशी नाही); तलाशी असल्यास cos.
आठवणीची युक्ती : "τ = मी × B" (m = NIA).
फरक ओळखा
| राशी | सूत्र | एकक |
|---|---|---|
| τ | NIAB sinθ | N m |
| m | NIA | A m² |
| θ/I | NAB/k | rad/A |
सरावासाठी प्रश्न
- 1τ चे सूत्र?
- 2m चे एकक?
- 3त्रिज्य क्षेत्र का?
- 4N = 20, I = 0.5, A = 0.01, B = 0.3, θ = 90° : τ?
- 5m = 2 A m², B = 0.5 T, θ = 30° : τ?
- 6लूप 10 cm त्रिज्या, I = 2 A, N = 1 : m?
- 7θ दुप्पट करायला I?
- 8m B ची ऊर्जा θ = 0 → 180° : बदल?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1NIAB sinθ
- 2A m²
- 3τ स्थिर राहण्यासाठी
- 4τ = 0.03 N m
- 5τ = 0.5 N m
- 6m = 0.0628 A m²
- 7I दुप्पट
- 82 m B
बायो-सावर्ट नियम, सरळ तार व वर्तुळाकार लूप
तारेजवळ होकायंत्र ठेवल्यास सुई वळते — प्रवाह चुंबकीय क्षेत्र निर्माण करतो.
बायो-सावर्ट नियम (Biot–Savart law) प्रवाह-घटकाचे क्षेत्र देतो.
आकृतीत : तारेभोवती वर्तुळे; लूपच्या केंद्रावर B = μ₀I/2R.
नियम 1 : बायो-सावर्ट नियम — dB = (μ₀ ÷ 4π) · I dl sin θ ÷ r². दिशा : उजव्या हाताचा नियम.
- सोपे : I dl = 10⁻² A m, r = 0.1 m, θ = 90° ⇒ dB = 10⁻⁷ × 10⁻² ÷ 10⁻² = 10⁻⁷ T.
- मध्यम : θ = 0 (दिशेत) ⇒ dB = 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : μ₀/4π = ? (1) 10⁻⁷ (2) 10⁻⁶ (3) 4π × 10⁻⁷ (4) 1 → उत्तर 1)
नियम 2 : सरळ अनंत तार — B = μ₀ I ÷ 2π r; रेषा वर्तुळाकार. r दुप्पट ⇒ B निम्मा.
- सोपे : I = 10 A, r = 5 cm ⇒ B = 4 × 10⁻⁵ T.
- मध्यम : दोन तारा विरुद्ध प्रवाह : मध्यबिंदूवर B बेरीज.
- परीक्षेसाठी (CET) : B ∝ ? (1) 1/r (2) 1/r² (3) r (4) r² → उत्तर 1)
नियम 3 : वर्तुळाकार लूप — केंद्रावर B = μ₀ N I ÷ 2R; अक्षावर B = μ₀ N I R² ÷ 2(R² + x²)^{3/2}.
- सोपे : I = 2 A, R = 10 cm ⇒ B = 1.26 × 10⁻⁵ T.
- मध्यम : N = 50 ⇒ B = 6.28 × 10⁻⁴ T.
- परीक्षेसाठी (CET) : अक्षावर x = 0 ⇒ B? (1) μ₀NI/2R (2) 0 (3) μ₀I/2πR (4) अनंत → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : लूपच्या केंद्रावर B
- पायरी 1 : प्रत्येक dl ⟂ r, r = R : dB = (μ₀/4π) I dl ÷ R².
- पायरी 2 : सर्व dB एकाच दिशेत ⇒ बेरीज.
- पायरी 3 : ∮ dl = 2π R.
- पायरी 4 : B = (μ₀/4π) I 2πR ÷ R² = μ₀ I ÷ 2R.
B = μ₀I/2πr (तार); μ₀NI/2R (लूप).
तारेसाठी 2π r, लूपसाठी 2R — गोंधळ टाळा.
आठवणीची युक्ती : "तार 2πr, लूप 2R".
फरक ओळखा
| रचना | B | एकक |
|---|---|---|
| सरळ तार | μ₀I/2πr | T |
| लूप केंद्र | μ₀NI/2R | T |
| अर्धवर्तुळ केंद्र | μ₀I/4R | T |
सरावासाठी प्रश्न
- 1बायो-सावर्ट नियम?
- 2तारेचे क्षेत्र वर्तुळाकार?
- 3μ₀ चे मूल्य?
- 4I = 5 A, r = 0.1 m : B?
- 5लूप R = 5 cm, I = 1 A, N = 20 : B?
- 6r तिप्पट : B?
- 7अर्धवर्तुळ R = 10 cm, I = 4 A : B?
- 8दोन तारा 10 cm, विरुद्ध 5 A, मध्यबिंदू B?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1dB = (μ₀/4π) Idl sinθ/r²
- 2होय
- 34π × 10⁻⁷ T m A⁻¹
- 4B = 1 × 10⁻⁵ T
- 5B = 2.51 × 10⁻⁴ T
- 61/3
- 7B = 1.26 × 10⁻⁵ T
- 8B = 4 × 10⁻⁵ T
ॲम्पिअरचा परिपथ नियम
गॉसचा नियम विद्युत क्षेत्रासाठी; ॲम्पिअरचा नियम चुंबकीय क्षेत्रासाठी — तितकाच सोपा.
ॲम्पिअरचा नियम बंद पाशावरील ∮ B · dl ला आतल्या प्रवाहाशी जोडतो.
आकृतीत : वर्तुळाकार पाश; B स्पर्शिका.
नियम 1 : ॲम्पिअरचा नियम — ∮ B · dl = μ₀ I_आत; सममित वितरणासाठी B सहज काढता येतो.
- सोपे : I = 15 A आत ⇒ ∮ B · dl = 4π × 10⁻⁷ × 15 = 1.88 × 10⁻⁵ T m.
- मध्यम : बाहेरील प्रवाह I_आत मध्ये नाही.
- परीक्षेसाठी (CET) : ∮ B·dl = ? (1) μ₀I (2) I/μ₀ (3) μ₀/I (4) I → उत्तर 1)
नियम 2 : जाड तारेचे क्षेत्र — त्रिज्या a: बाहेर B = μ₀I/2πr; आत B = μ₀ I r ÷ 2π a² (r < a). पृष्ठावर कमाल.
- सोपे : I = 20 A, a = 2 cm, r = 4 cm ⇒ B = 1 × 10⁻⁴ T.
- मध्यम : केंद्रावर B = 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : जाड तारेत आत B ∝ ? (1) r (2) 1/r (3) r² (4) स्थिर → उत्तर 1)
नियम 3 : अँपेरियन पाश निवड — सममितीशी जुळणारा पाश : B पाशाला स्पर्शिका व स्थिर; ∮ B · dl = B L.
- सोपे : तारेसाठी वर्तुळ; सोलेनॉइडसाठी आयत.
- मध्यम : समांतर भागात B ⟂ dl ⇒ योगदान 0.
- परीक्षेसाठी (CET) : तारेसाठी सर्वोत्तम पाश? (1) वर्तुळ (2) चौरस (3) त्रिकोण (4) रेषा → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : सरळ तारेचा B (ॲम्पिअर)
- पायरी 1 : r त्रिज्येचा वर्तुळाकार पाश; B स्पर्शिका, स्थिर.
- पायरी 2 : ∮ B · dl = B (2π r).
- पायरी 3 : = μ₀ I.
- पायरी 4 : B = μ₀ I ÷ 2π r.
∮B·dl = μ₀I; B = μ₀I/2πr.
पाशाबाहेरचा प्रवाह वगळा; आतल्या प्रवाहाचे चिन्ह उजव्या हाताने.
आठवणीची युक्ती : "गॉस = E, ॲम्पिअर = B".
फरक ओळखा
| स्थान | B | अट |
|---|---|---|
| तारेबाहेर | μ₀I/2πr | r > a |
| तारेत | μ₀Ir/2πa² | r < a |
| केंद्र | 0 | r = 0 |
सरावासाठी प्रश्न
- 1ॲम्पिअर नियम?
- 2तारेच्या केंद्रावर B?
- 3पाशाची निवड?
- 4I = 30 A, r = 6 cm (बाहेर) : B?
- 5a = 1 cm, I = 10 A, r = 0.5 cm : B?
- 6पृष्ठावर B व बाहेर r = 2a वर B?
- 7I = 100 A, कोणत्या r वर B = 10⁻⁴ T?
- 8आत B ∝ r का?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1∮B·dl = μ₀I
- 2शून्य
- 3सममितीशी जुळणारा
- 4B = 1 × 10⁻⁴ T
- 5B = 1 × 10⁻⁴ T
- 62 : 1
- 7r = 20.0 cm
- 8आतील प्रवाह ∝ r²
सोलेनॉइड व टोरॉइड
दाराची घंटी, रिले, क्रेनचा विद्युतचुंबक सर्वांत सोलेनॉइड असते.
सोलेनॉइड (solenoid) = दंडगोलावर गुंडाळलेली तार; टोरॉइड (toroid) = वर्तुळाकार वलयावरची.
आकृतीत : आत एकसमान B; टोरॉइडमध्ये B वर्तुळाकार.
नियम 1 : सोलेनॉइड — लांब सोलेनॉइडमध्ये आत B = μ₀ n I (n = वेढे/लांबी), बाहेर ≈ 0; टोकावर निम्मे.
- सोपे : n = 500 वेढे/m, I = 2 A ⇒ B = 1.26 × 10⁻³ T.
- मध्यम : टोकावर B = μ₀nI/2.
- परीक्षेसाठी (CET) : सोलेनॉइडमध्ये B? (1) एकसमान (2) बदलता (3) 0 (4) r ∝ → उत्तर 1)
नियम 2 : टोरॉइड — N वेढे, सरासरी त्रिज्या r : B = μ₀ N I ÷ 2π r; पोकळीबाहेर व आत (केंद्र) 0.
- सोपे : N = 400, I = 3 A, r = 10 cm ⇒ B = 2.4 × 10⁻³ T.
- मध्यम : n = N ÷ 2πr ⇒ B = μ₀nI.
- परीक्षेसाठी (CET) : टोरॉइडमध्ये बाहेर B? (1) 0 (2) कमाल (3) μ₀nI (4) अनंत → उत्तर 1)
नियम 3 : लोह-गाभा — मऊ लोह-गाभ्याने B कित्येक पट वाढतो : B = μ₀ μ_r n I (μ_r = सापेक्ष पारगम्यता).
- सोपे : μ_r = 200 ⇒ B 200 पट.
- मध्यम : विद्युतचुंबक : क्रेन, बेल.
- परीक्षेसाठी (CET) : लोह-गाभ्याने B? (1) वाढतो (2) कमी (3) तोच (4) 0 → उत्तर 1)
सूत्राची उपपत्ती : सोलेनॉइडचा B = μ₀ n I
- पायरी 1 : आयताकार ॲम्पिअर पाश; लांबी l आत.
- पायरी 2 : ∮ B · dl = B l (इतर बाजू 0).
- पायरी 3 : I_आत = n l I.
- पायरी 4 : B l = μ₀ n l I ⇒ B = μ₀ n I.
B = μ₀nI (सोलेनॉइड); μ₀NI/2πr (टोरॉइड).
n = N/l (वेढे प्रति मीटर); फक्त N वापरू नका.
आठवणीची युक्ती : "आत एकसमान, बाहेर शून्य".
फरक ओळखा
| रचना | B (आत) | B (बाहेर) |
|---|---|---|
| सोलेनॉइड | μ₀nI | ≈ 0 |
| टोरॉइड | μ₀NI/2πr | 0 |
| तारे बाहेर | μ₀I/2πr | — |
सरावासाठी प्रश्न
- 1सोलेनॉइडचा B?
- 2n म्हणजे?
- 3टोरॉइडच्या बाहेर B?
- 4n = 1000/m, I = 0.5 A : B?
- 5N = 200, r = 5 cm, I = 1 A : B?
- 6n दुप्पट, I निम्मा : B?
- 7B = 0.02 T, I = 4 A : n?
- 8μ_r = 500, n = 200, I = 1 A : B?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1μ₀nI
- 2वेढे प्रति लांबी
- 3शून्य
- 4B = 6.28 × 10⁻⁴ T
- 5B = 8 × 10⁻⁴ T
- 6तोच
- 7n = 3979 /m
- 8B = 1.26 × 10⁻¹ T
संपूर्ण धड्याची झटपट उजळणी
| संकल्पना | महत्त्वाचे सूत्र / तथ्य | एकक / मितीय सूत्र |
|---|---|---|
| बल | F = qvB sinθ; F = IlB sinθ | N |
| वर्तुळ | r = mv/qB; T = 2πm/qB | m; s |
| सायक्लोट्रॉन | f = qB/2πm | Hz |
| तारा | F/l = μ₀I₁I₂/2πd | N/m |
| लूप | τ = NIAB sinθ; m = NIA | N m; A m² |
| तार | B = μ₀I/2πr | T |
| लूप B | μ₀NI/2R | T |
| सोलेनॉइड | B = μ₀nI | T; [M T⁻² A⁻¹] |
🎯 परीक्षेसाठी सर्वाधिक महत्त्वाचे मुद्दे
- F ⟂ v ⇒ कार्य 0; r = mv/qB; T v वर अवलंबून नाही.
- सायक्लोट्रॉन f = qB/2πm; KE_max = q²B²R²/2m.
- एकदिशा प्रवाह तारा आकर्षतात; F/l = μ₀I₁I₂/2πd.
- τ = NIAB sinθ; गॅल्व्हानोमीटर θ ∝ I.
- बायो-सावर्ट : तार 2πr, लूप 2R.
- ॲम्पिअर : ∮B·dl = μ₀I_आत.
- सोलेनॉइड μ₀nI; टोरॉइड μ₀NI/2πr.
सदिश दिशा (उजवा हात) → योग्य सूत्र → एकके SI → उत्तर व दिशा.