Magnetismoaren eztabaida-galderen adibidea
Magnetismoa fisikan aztertzeko fenomeno natural oso garrantzitsua eta liluragarria da. Fenomeno hau imanen eta material batzuen artean gertatzen diren indarrekin lotuta dago. Oro har, magnetismoa eremu magnetikoen, indar-lerro magnetikoen eta imanen eta imanen arteko elkarrekintzen kontzeptuen bidez azal daiteke, material ferromagnetiko, paramagnetiko eta diamagnetikoekin. Artikulu honetan, magnetismoaren gaiarekin lotutako hainbat arazo adibide eta haien eztabaida aztertuko ditugu.
1. galdera: Polo magnetikoak identifikatzea
Galdera: Barra-iman batek bi polo ditu, ipar polo bat eta hego polo bat. Azaldu nola identifikatu barra-iman baten poloak iparrorratza erabiliz.
Eztabaida:
Barra-iman baten poloak identifikatzeko, erabili iparrorratza. Hona hemen urratsak:
1. Jarri iparrorratza iman-barraren mutur baten ondoan.
2. Behatu iparrorratzaren orratza, iparraldea eta hegoaldea erakusten baitu.
3. Iparrorratzaren orratzaren iparraldeko muturra erakartzen duen polo magnetikoa imanaren hego poloa da, iparrorratzaren orratzaren iparraldeko poloa (hau da, hain zuzen ere, iparrorratzaren imanaren hego poloa) imanaren hego poloak erakartzen baitu.
4. Era berean, eraman iparrorratza barra-imanaren beste muturrera eta errepikatu behaketa. Iparrorratzaren orratzaren hego poloa erakartzen duen imanaren muturra imanaren ipar poloa da, iparrorratzaren orratzaren ipar poloa imanaren hego poloak erakartzen baitu.
2. galdera: Eremu magnetikoa korronte zuzen bateko hari baten inguruan
Galdera: Hari zuzen eta luze batek 5 A-ko korronte elektrikoa darama. Zehaztu eremu magnetikoaren norabidea haritik 10 cm-ra dagoen puntu batean.
Eztabaida:
Korrontea daraman hari zuzen baten inguruko eremu magnetikoa eskuineko eskuaren araua erabiliz zehaztu daiteke. Honela egin daiteke:
1. Hariari eskuineko eskuarekin eutsi, erpuruak korrontearen norabidea adieraziz (positibotik negatibora).
2. Hariari bildutako erradioen norabideak eremu magnetikoaren norabidea adierazten du.
Adibidez, korrontea gorantz zuzentzen bada (erpuruaren arabera), orduan haritik 10 cm-ra dagoen puntu batean, eremu magnetikoak eskuineko eskuaren hatzaren mugimenduaren norabidean zirkulatuko du:
– Puntua hariaren aurrean badago, eremu magnetikoa barrurantz zuzentzen da (paper-orri/pantailarantz).
– Puntua hariaren atzean badago, eremu magnetikoa kanporantz doa (paper-orritik/pantailatik).
3. galdera: Lorentz indarra korrontea eramaten duten partikulen gainean
Galdera: 2 × 10^6 m/s-ko abiaduran mugitzen den partikula kargatu bat (+1.6 × 10^-19 C) orrialdetik kanpora zuzendutako 0.01 T-ko eremu magnetiko batean sartzen da. Zehaztu partikulak jasaten duen Lorentz indarraren magnitudea eta norabidea.
Eztabaida:
Eremu magnetiko batean kargatutako partikula baten gaineko Lorentz indarra ekuazio honen bidez adieraz daiteke: (\vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B}).
– Partikulen karga, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– Partikulen abiadura, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 m/s (x ardatzerantz doala suposatuz)
– Eremu magnetikoa, \( \vec{B} \) = 0.01 T (orrialdetik kanpo, z ardatzerantz)
Indarraren norabideari dagokionez:
1. Erabili berriro eskuineko eskuaren araua abiadura bektorea (\( \vec{v} \)) eta eremu magnetikoa (\( \vec{B} \)) zeharkatzeko.
2. Eskuineko eskuko hatzek abiaduraren norabidea jarraitzen dute (x ardatza), hatzak paperaren kanpoalderantz tolesten dituzte (z ardatzaren eremu magnetikoaren arabera), eta gero erpuruak Lorentz indarraren norabidea ematen du (y ardatza).
Lorentz indarraren (F) magnitudea honela kalkula daiteke:
F = q ∫v ∫B ∫sin θ
θ = 90° denez (eremu magnetikoarekiko abiadura perpendikularra),
F = (1.6 × 10-19 °C) (2 × 10⁶ m/s) (0.01 T) sin (90°)
F = 3.2 × 10-21 N
Indarraren norabidea hatz-tolesturaren araberakoa da (eskuinera = y ardatz positiboa).
4. galdera: Solenoide baten erdian dagoen eremu magnetikoa
Galdera: Jakina da solenoide luze batek 500 bira dituela, 0.5 m-ko luzerarekin eta 2 A-ko korrontea daramala. Kalkulatu solenoidearen erdian dagoen eremu magnetikoaren magnitudea.
Eztabaida:
Solenoide luze baten barruko eremu magnetikoa formula hau erabiliz kalkula daiteke:
B = μ₀ n I
Non:
– \( B \): solenoidearen barruko eremu magnetikoaren magnitudea (Tesla)
– \( \mu_0 \): huts-iragazkortasun koefizientea (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A\))
– \( n \): luzera-unitateko bira kopurua (bira/metro), honela formulatuta \( n = \frac{N}{L} \)
– \( I \): solenoidetik igarotzen den korronte kopurua (Amperak)
Beraz,
– (N = 500)
– (L = 0.5 m)
– (n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: bira/m \)
– (I = 2 A)
Horrela,
B = μ₀ n I
B = (4 π × 10-7 T m/A) (1000 bira/m) ² A)
B = 8 π × 10-4 T
\[ B \gutxi gorabehera 2.51 \times 10^{-3} T \]
5. galdera: Indukzio elektromagnetikoa
Galdera: Bobina batek 200 bira ditu eta 0.1 T-tik 0.5 T-ra aldatzen den eremu magnetiko batean jartzen da 0.25 s-tan. Kalkulatu bobinan sortutako tentsio induzitua.
Eztabaida:
Indukzio elektromagnetikoa Faradayren legea erabiliz kalkula daiteke:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} \]
Non,
– \( \mathcal{E} \): tentsio induzitua (Voltak)
– \( N \): bira kopurua
– \( \Delta \Phi_B \): fluxu magnetikoaren aldaketa (Wb)
– \( \Delta t \): denboran aldaketa (s)
\(\Delta \Phi_B = B \cdot A \) denean; non A bobinaren azalera den. Hala ere, azalera aldatzen ez bada
\[ \mathcal{E} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t} \]
ΔB = 0.5 T – 0.1 T = 0.4 T denez,
maka
E = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s}
\[ \mathcal{E} = -320 \cdot A \]
Eremu zehatzik ematen ez bada (berdina dela suposatzen da),
indukzioaren balioa A-rekiko linealki menpekoa izaten jarraitzen du.
Zorionez, magnetismo-arazoen adibide hauek magnetismoaren kontzeptuak eta aplikazio praktikoak ulertzen lagunduko dizute. Ikuspegi eta printzipio hauek etengabe erabiltzen dira maila akademiko desberdinetan eta ikerketa sakonagoetan.
