Eisimpleir de Cheistean Deasbaid Magnetachd
Tha magnetachd na rud nàdarra glè chudromach agus inntinneach airson a sgrùdadh ann am fiosaig. Tha an rud seo co-cheangailte ris na feachdan a tha a’ tachairt eadar magnets agus stuthan sònraichte. San fharsaingeachd, faodar magnetachd a mhìneachadh tro bhun-bheachdan raointean magnetach, loidhnichean feachd magnetach, agus na h-eadar-obrachaidhean eadar magnets agus magnets le stuthan ferromagnetic, paramagnetic, agus diamagnetic. San artaigil seo, bruidhnidh sinn air grunn eisimpleirean de dhuilgheadasan agus na còmhraidhean aca co-cheangailte ri cuspair magnetachd.
Ceist 1: A’ comharrachadh pòlaichean magnetach
Ceist: Tha dà phòla aig bàr-mhagnet, pòla tuath agus pòla deas. Mìnich mar a chomharraicheas tu pòlaichean bàr-mhagnet le bhith a’ cleachdadh compas.
Deasbad:
Gus pòlaichean bàr-mhagnet aithneachadh, cleachd compas. Seo na ceumannan:
1. Cuir a’ chombaist faisg air aon cheann den bhàr magnet.
2. Thoir sùil air snàthad a’ chombaist a tha a’ sealltainn tuath agus deas.
3. Is e pòla magnetach a tha a’ tàladh ceann a tuath snàthad a’ chombaist pòla a deas a’ mhagnait, leis gu bheil pòla a tuath snàthad a’ chombaist (a tha dha-rìribh na phòla a deas de mhagnait a’ chombaist) air a thàladh le pòla a deas a’ mhagnait.
4. San aon dòigh, gluais a’ chombaist gu ceann eile a’ mhagnait-bhàr agus ath-aithris an amharc. Is e ceann a’ mhagnait a tha a’ tàladh pòla a deas snàthad a’ chombaist pòla a tuath a’ mhagnait, leis gu bheil pòla a tuath snàthad a’ chombaist air a thàladh gu pòla a deas a’ mhagnait.
Ceist 2: Achadh Magnetach Timcheall Uèir Dhìreach a Ghiùlaineas Sruth
Ceist: Bidh uèir fhada dhìreach a’ giùlan sruth dealain de 5 A. Obraich a-mach stiùireadh an achaidh magnetach timcheall air an uèir aig puing 10 cm bhon uèir.
Deasbad:
Faodar an raon magnetach timcheall uèir dhìreach a tha a’ giùlan sruth a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh riaghailt na làimhe deise. Seo mar a nì thu e:
1. Cum an uèir le do làimh dheis, le do òrdag a’ comharrachadh stiùireadh sruthadh an t-srutha (bho dheimhinneach gu àicheil).
2. Tha stiùireadh nan spògan a tha air am pasgadh timcheall an uèir a’ comharrachadh stiùireadh an raoin magnetach.
Mar eisimpleir, ma thèid an sruth a stiùireadh suas (a rèir an òrdag), an uairsin aig puing 10 cm bhon uèir, bidh an raon magnetach a’ tionndadh ann an taobh gluasad meur na làimhe deise:
– Ma tha am puing air beulaibh an uèir, tha an raon magnetach a’ comharrachadh a-staigh (a dh’ionnsaigh na duilleige pàipeir/na sgrìn).
– Ma tha am puing air cùl na uèire, tha an raon magnetach a’ comharrachadh a-mach (bhon duilleag pàipeir/sgrion).
Ceist 3: Feachd Lorentz air mìrean a bhios a’ giùlan sruth
Ceist: Bidh mìrean le luchd (+1.6 × 10^-19 C) a’ gluasad aig astar 2 × 10^6 m/s a’ dol a-steach do raon magnetach de 0.01 T a tha air a stiùireadh a-mach bhon duilleag. Obraich a-mach meud agus stiùireadh feachd Lorentz a tha a’ fulang leis a’ mhìrean.
Deasbad:
Faodar feachd Lorentz air mìrean luchdaichte ann an raon magnetach a chur an cèill leis a’ cho-aontar (F = qv × B).
– Cosgais mìrean, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– Astar mìrean, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 m/s (air a ghabhail ris gu bheil e a dh’ionnsaigh an x-axis)
– Achadh magnetach, \( \vec{B} \) = 0.01 T (a-mach às an duilleag, a dh’ionnsaigh an ais-z)
Airson stiùireadh na feachd:
1. Cleachd riaghailt na làimhe deise a-rithist gus siubhal thairis air vectar na h-astar (\( \vec{v} \)) agus an raon magnetach (\( \vec{B} \)).
2. Bidh meuran na làimhe deise a’ leantainn stiùireadh na h-astar (axis-x), a’ pasgadh nam meuran a dh’ionnsaigh taobh a-muigh a’ phàipeir (a rèir raon magnetach an axis-z), an uairsin bheir an òrdag stiùireadh feachd Lorentz (axis-y).
Faodar meud feachd Lorentz \(F \) obrachadh a-mach mar:
[F = q₃v₃B₃sin₃]
Leis gu bheil \( \theta \) = 90° (astar ceart-cheàrnach ris an raon magnetach),
[F = (1.6 × 10⁻⁶°C) (2 × 10⁶ m/s) (0.01 T) sin (90°)]
[F = 3.2 × 10⁻⁻⁹ N]
Tha stiùireadh na feachd a rèir fillte a’ mheòir (don taobh deas = ais-y dheimhinneach).
Ceist 4: Achadh Magnetach ann am Meadhan Solenoid
Ceist: Tha fios gu bheil 500 tionndadh aig solenoid fada le fad 0.5 m a’ giùlan sruth de 2 A. Obraich a-mach meud an achaidh magnetach ann am meadhan an t-solenoid.
Deasbad:
Faodar an raon magnetach taobh a-staigh solenoid fhada obrachadh a-mach leis an fhoirmle:
[B = \mu_0 n I \]
Càite:
– \(B \): meud an achaidh magnetach taobh a-staigh an t-solanoid (Tesla)
– \( \mu_0 \): co-èifeachd treòiteachd falamh (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A\))
– \(n \): àireamh thionndaidhean gach aonad faid (tionndaidhean/meatair), air a chur air dòigh mar \(n = \frac{N}{L} \)
– \( I \): meud an t-srutha a tha a’ sruthadh tron t-solenoid (Amperes)
Mar sin,
– \(N = 500 \)
– \(L = 0.5 m \)
– \( n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: tionndadh/m \)
– \( I = 2 A \)
Mar sin,
[B = μέλη n I]
[B = (4 π × 10-7 T m/A) (1000 tionndadh/m) 2 A]
[B = 8 π × 10⁻⁴ T]
[B timcheall air 2.51 × 10-3 T]
Ceist 5: Ionduchtachadh electromagnetic
Ceist: Tha 200 tionndadh ann an coil agus tha e air a chur ann an raon magnetach a dh’atharraicheas bho 0.1 T gu 0.5 T ann an 0.25 s. Obraich a-mach am bholtaids brosnaichte a thèid a thoirt a-mach sa choil.
Deasbad:
Faodar ionduchtachadh electromagnetic obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh Lagh Faraday:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} \]
Càite,
– \( \mathcal{E} \): bholtaids brosnaichte (Volts)
– \(N \): àireamh nan tionndadh
– (ΔPhiB): atharrachadh ann an sruth magnetach (Wb)
– \( Δt \): atharrachadh ann an ùine (diogan)
Le (ΔPhiB = B₁A); far a bheil A na raon den choilich. Ach, mura h-atharraich an raon
[E = -N \frac{Delta B \cdot A}{Deltat}]
Bho (ΔB = 0.5 T – 0.1 T = 0.4 T),
Maka
[E = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s}]
\[ \mathcal{E} = -320 \cdot A \]
Mura tèid sgìre shònraichte a thoirt seachad (air a ghabhail ris gur e an aon rud a th’ ann),
Tha luach an ionduchtachaidh fhathast an urra gu loidhneach air A.
Tha sinn an dòchas gun cuidich na h-eisimpleirean seo de dhuilgheadasan magnetachd thu gus tuigse fhaighinn air bun-bheachdan agus cleachdaidhean practaigeach magnetachd. Tha na beachdan agus na prionnsapalan seo gan cleachdadh gu cunbhalach aig diofar ìrean acadaimigeach agus ann an rannsachadh nas doimhne.
