
A fenti ábrán egy épület falához gyengén rögzített, és egy kiugró kőpárkány miatt meghajlított villámhárítót láthatunk. Egy villámcsapás esetén a villámhárítóban rövid ideig \(10^5\ \mathrm{A}\) erősségű áram is folyhat. Ekkor az ilyen módon kialakított villámhárító kiszakadhat a falból. Miért?
A) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti függőleges részei között erős vonzóerő lép fel.
B) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti függőleges részei között erős taszítóerő lép fel.
C) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti vízszintes részei között erős vonzóerő lép fel.
D) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti vízszintes részei között erős taszítóerő lép fel.
A) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti függőleges részei között erős vonzóerő lép fel.
B) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti függőleges részei között erős taszítóerő lép fel.
C) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti vízszintes részei között erős vonzóerő lép fel.
D) Mert a nagy áramerősség miatt a villámhárító párkány feletti és alatti vízszintes részei között erős taszítóerő lép fel.
Aki nemcsak a helyes választ szeretné megtalálni, hanem szeretné minden részletét "kicsontozni" a feladatnak:
A feladatban vannak egymással párhuzamosan futó vezetékszakaszok, de egymásra merőlegesek is. Ráadásul ezen belül az áramok egymáshoz képesti iránya is lehet többféle. Például vannak párhuzamos szakaszok, melyekben azonos irányban folyik az áram:
de olyanok is, melyekben ellentétes irányban:
Szóval sok esetet végiggondolhatunk. Nézzük először a párhuzamos vezetékszakaszokat!
Párhuzamos vezetékszakaszok
Ha általában vizsgálva párhuzamos áramjárta vezetékeket felrajzoljuk az egyik drót körül kialakuló mágneses mező erővonalait, majd megnézzük, hogy ez milyen irányú mágneses indukcióvektort jelent a másik drót helyén, majd ez alapján pedig végig gondoljuk, hogy ez milyen irányú Lorentz-erőt fejt ki a másik drótban mozgó töltésektre, akkor azt kapjuk, hogy:
- azonos irányban folyó áramok vonzóerőt fejtenek ki egymásra
- ellentétes irányban folyó áramok pedig taszítóerőt fejtenek ki egymásra
Ez alapján csak a D) állításban szereplő "a villámhárító párkány feletti és alatti vízszintes részei között erős taszítóerő" állítás helyes.
Nézzük, milyen további erők lépnek fel (amik esetleg szintén kitéphetik a rögzítést), még egyelőre maradva a párhuzamos vezetékszakaszoknál! Vannak olyan párhuzamos szakaszok, melyekben azonos irányú az áram:
Erre szigorúértelemben nem alkalmazhatjuk az "egymás mellett futó párhuzamos szakaszok"-ra vonatkozó fenti gondolatmenetett, de ezek között is fellép vonzóerő, hiszen egy vezetékszakasz körüli örvényes mágneses mező nem ér véget élesen a szakasz végeinél.
Ez nem szerepel a válaszlehetőségek között, de ez is okozhatja a rögzítések kiszakadását. (A válaszlehetőségek közül a "B" ugyan párhuzamos szakaszokat és taszítóerőt említ, de a párkány alatt és felett, míg a fent tárgyalt esetben a párkány melletti szakasz valamint a párkány alatti/feletti szakasz között ébredt a taszítóerő.)
Merőleges vezetékszakaszok
Még érdekesebb, hogy az egymásra merőleges szakaszok milyen erőket fejtenek ki egymásra. Nézzük először a fenti vízszintes szakaszt, annak is először a felette lévő drótra való hatását! A jobbkézszabály alapján a felette lévő pontokban az általa keltett mágneses mező indukciója felénk mutat:
Ez a Lorentz-erő jobbkézszabálya alapján balra mutató erőt fejt ki a felső drótszakaszra:
Hát, ez nekl fogja kitépni a drótot a falból, legfeljebb "benyomni".
De ne adjuk fel, és nézzük meg, hogy ugyanez a vízszintes szakasz az alatta lévő függőleges szakaszok helyén milyen irányú mágneses mezőt hoz létre! A jobbkézszabály alapján:
ami pedig a lenti áramra jobbra mutató Lorentz-erőt fejt ki:
Ez már kiszakíthatja a falba rögzített villámhárítót. A feladatban ez sem szerepel, de milyen jó érzés érezni...
Mostanra már csak az alsó vízszintes vezetékszakasz maradt. Ezt már rutinosan, egycsapásra elintézzük:
Vagyis itt is ébrednek "kitépő erők".








