მაგნეტიზმის განხილვის კითხვების მაგალითი

მაგნეტიზმის განხილვის კითხვების მაგალითი

მაგნეტიზმი ფიზიკაში შესასწავლად ძალიან მნიშვნელოვანი და მომხიბვლელი ბუნებრივი ფენომენია. ეს ფენომენი დაკავშირებულია მაგნიტებსა და გარკვეულ მასალებს შორის წარმოქმნილ ძალებთან. ზოგადად, მაგნეტიზმის ახსნა შესაძლებელია მაგნიტური ველების, მაგნიტური ძალის ხაზების და მაგნიტებსა და მაგნიტებს შორის ფერომაგნიტურ, პარამაგნიტურ და დიამაგნიტურ მასალებთან ურთიერთქმედების კონცეფციებით. ამ სტატიაში განვიხილავთ მაგნეტიზმის თემასთან დაკავშირებულ რამდენიმე მაგალითს და მათ განხილვებს.

კითხვა 1: მაგნიტური პოლუსების იდენტიფიცირება

კითხვა: ღეროსებრ მაგნიტს ორი პოლუსი აქვს, ჩრდილოეთის და სამხრეთის პოლუსები. ახსენით, როგორ განვსაზღვროთ ღეროსებრი მაგნიტის პოლუსები კომპასის გამოყენებით.

დისკუსია:
ღეროვანი მაგნიტის პოლუსების დასადგენად გამოიყენეთ კომპასი. აქ მოცემულია ნაბიჯები:

1. კომპასი მაგნიტის ზოლის ერთ ბოლოსთან ახლოს მოათავსეთ.
2. დააკვირდით კომპასის ისარს, რომელიც ჩრდილოეთსა და სამხრეთს აჩვენებს.
3. კომპასის ისრის ჩრდილოეთ ბოლოს იზიდავს მაგნიტის სამხრეთი პოლუსი, რადგან კომპასის ისრის ჩრდილოეთ პოლუსს (რომელიც სინამდვილეში კომპასის მაგნიტის სამხრეთი პოლუსია) მაგნიტის სამხრეთი პოლუსი იზიდავს.
4. ანალოგიურად, გადაიტანეთ კომპასი მაგნიტის მეორე ბოლოში და გაიმეორეთ დაკვირვება. მაგნიტის ის ბოლო, რომელიც კომპასის ისრის სამხრეთ პოლუსს იზიდავს, მაგნიტის ჩრდილოეთ პოლუსს წარმოადგენს, რადგან კომპასის ისრის ჩრდილოეთ პოლუსი მაგნიტის სამხრეთ პოლუსს იზიდავს.

კითხვა 2: მაგნიტური ველი სწორი დენის გამტარობის მავთულის გარშემო

კითხვა: გრძელ, სწორ მავთულში გადის 5 ამპერის ელექტრული დენი. განსაზღვრეთ მაგნიტური ველის მიმართულება მავთულის გარშემო, მავთულიდან 10 სმ-ის დაშორებით მდებარე წერტილში.

დისკუსია:
დენის გამტარობის მქონე სწორი მავთულის გარშემო მაგნიტური ველის განსაზღვრა შესაძლებელია მარჯვენა ხელის წესის გამოყენებით. აი, როგორ:

1. მარჯვენა ხელით დაიჭირეთ მავთული, ცერა თითით მიუთითეთ დენის დინების მიმართულება (დადებითიდან უარყოფითამდე).
2. მავთულზე შემოხვეული სპიკების მიმართულება მაგნიტური ველის მიმართულებას მიუთითებს.

მაგალითად, თუ დენი მიმართულია ზემოთ (ცერა თითის მიხედვით), მაშინ მავთულიდან 10 სმ-ის დაშორებით მდებარე წერტილში მაგნიტური ველი შემოიხვევს მარჯვენა ხელის თითის მოძრაობის მიმართულებით:
– თუ წერტილი მავთულის წინ მდებარეობს, მაგნიტური ველი შიგნითაა მიმართული (ქაღალდის/ეკრანისკენ).
– თუ წერტილი მავთულის უკანაა, მაგნიტური ველი გარეთაა მიმართული (ქაღალდის ფურცლიდან/ეკრანიდან).

კითხვა 3: ლორენცის ძალა დენის მატარებელ ნაწილაკებზე

კითხვა: დამუხტული ნაწილაკი (+1.6 × 10^-19 C), რომელიც მოძრაობს 2 × 10^6 მ/წმ სიჩქარით, შედის გვერდიდან გარეთ მიმართულ 0.01 ტ მაგნიტურ ველში. განსაზღვრეთ ნაწილაკის მიერ განცდილი ლორენცის ძალის სიდიდე და მიმართულება.

დისკუსია:
მაგნიტურ ველში დამუხტულ ნაწილაკზე მოქმედი ლორენცის ძალა შეიძლება გამოისახოს განტოლებით \vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B} \).

– ნაწილაკის მუხტი, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– ნაწილაკების სიჩქარე, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 მ/წმ (დავუშვათ, რომ x ღერძის მიმართულებითაა)
– მაგნიტური ველი, \( \vec{B} \) = 0.01 T (გვერდის გარეთ, z ღერძის მიმართულებით)

ძალის მიმართულებისთვის:

1. სიჩქარის ვექტორის (\( \vec{v} \)) და მაგნიტური ველის (\( \vec{B} \)) გადასაკვეთად კვლავ გამოიყენეთ მარჯვენა ხელის წესი.
2. მარჯვენა ხელის თითები მიჰყვება სიჩქარის მიმართულებას (x ღერძი), თითებს აკეცავს ქაღალდის გარეთა მხარისკენ (z ღერძის მაგნიტური ველის მიხედვით), შემდეგ კი ცერა თითი უზრუნველყოფს ლორენცის ძალის მიმართულებას (y ღერძი).

ლორენცის ძალის (F) სიდიდე შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:
F = q/cdot v/cdot B/sin/theta]
რადგან \(\theta\) = 90° (სიჩქარე მაგნიტური ველის პერპენდიკულარულია),
\[ F = (1.6 \times 10^{-19} C) \cdot (2 \times 10^6 მ/წმ) \cdot (0.01 T) \sin (90°) \]
\[ F = 3.2 \times 10^{-21} N \]

ძალის მიმართულება თითის ნაკეცის მიხედვითაა განსაზღვრული (მარჯვნივ = ​​დადებითი y ღერძი).

კითხვა 4: მაგნიტური ველი სოლენოიდის შუაში

კითხვა: ცნობილია, რომ გრძელ სოლენოიდს აქვს 500 ბრუნი 0.5 მ სიგრძით, რომელიც ატარებს 2 ა დენს. გამოთვალეთ მაგნიტური ველის სიდიდე სოლენოიდის შუაში.

დისკუსია:
გრძელი სოლენოიდის შიგნით მაგნიტური ველის გამოთვლა შესაძლებელია ფორმულის გამოყენებით:
\[ B = \mu_0 n I \]

სად:
– \( B \): სოლენოიდის შიგნით მაგნიტური ველის სიდიდე (ტესლა)
– \( \mu_0 \): ვაკუუმის გამტარობის კოეფიციენტი (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A \))
– \(n \): ბრუნების რაოდენობა სიგრძის ერთეულზე (ბრუნვები/მეტრი), ფორმულირებული როგორც \(n = \frac{N}{L} \)
– \( I \): სოლენოიდში გამავალი დენის რაოდენობა (ამპერები)

ასე რომ,
– \( N = 500 \)
– \( L = 0.5 მ \)
– \( n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: ბრუნები/მ \)
– \( I = 2 A \)

ამრიგად,
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
\[ B = (4 \pi \times 10^{-7} T \cdot m/A) \cdot (1000 \: ბრუნი/მ) \cdot 2 A \]
\[ B = 8 \pi \times 10^{-4} T \]
\[ B \დაახლოებით 2.51 \ჯერ 10^{-3} T \]

კითხვა 5: ელექტრომაგნიტური ინდუქცია

კითხვა: ხვეული შედგება 200 ბრუნვისგან და მოთავსებულია მაგნიტურ ველში, რომლის სიმძლავრე 0.1 ტლ-დან 0.5 ტლ-მდე იცვლება 0.25 წამში. გამოთვალეთ ხვეულში წარმოქმნილი ინდუცირებული ძაბვა.

დისკუსია:
ელექტრომაგნიტური ინდუქციის გამოთვლა შესაძლებელია ფარადეის კანონის გამოყენებით:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} \]
სად,
– \( \mathcal{E} \): ინდუცირებული ძაბვა (ვოლტი)
– \( N \): ბრუნვების რაოდენობა
– \( \Delta \Phi_B \): მაგნიტური ნაკადის ცვლილება (Wb)
– \( \Delta t \): დროის ცვლილება (წმ)

სადაც \(\Delta \Phi_B = B \cdot A \); სადაც A არის ხვეულის ფართობი. თუმცა, თუ ფართობი არ იცვლება
\[ E = -N Delta B A Delta t ]

რადგან \(\დელტა B = 0.5 T – 0.1 T = 0.4 T \),
მაკა
\[ \mathcal{E} = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s} \]
\[ \mathcal{E} = -320 \cdot A \]

თუ კონკრეტული ფართობი არ არის მოცემული (ვვარაუდობთ, რომ იგივეა),
ინდუქციის მნიშვნელობა წრფივად დამოკიდებული რჩება A-ზე.

იმედია, მაგნეტიზმის პრობლემების ეს მაგალითები დაგეხმარებათ მაგნეტიზმის კონცეფციებისა და პრაქტიკული გამოყენების გაგებაში. ეს შეხედულებები და პრინციპები მუდმივად გამოიყენება სხვადასხვა აკადემიურ დონეზე და უფრო სიღრმისეულ კვლევაში.