Nimûneya Pirsên Gotûbêja Magnetîzmê
Magnetîzm diyardeyeke xwezayî ya pir girîng û balkêş e ku di fîzîkê de were lêkolînkirin. Ev diyarde bi hêzên ku di navbera magnet û hin materyalan de çêdibin ve girêdayî ye. Bi gelemperî, magnetîzm dikare bi rêya têgehên qadên magnetîkî, xetên hêza magnetîkî, û têkiliyên di navbera magnet û magnetan de bi materyalên ferromanyetîk, paramanyetîk û dîamanyetîk re were ravekirin. Di vê gotarê de, em ê li ser çend mînakên pirsgirêkan û nîqaşên wan ên têkildarî mijara magnetîzmê nîqaş bikin.
Pirsa 1: Nasîna Qutbeyên Magnetîk
Pirsyar: Mıknatîsek şîlî du qutbên wê hene, qutbeke bakur û qutbeke başûr. Şirove bike ka meriv çawa qutbên mıknatîsek şîlî bi karanîna kompasê nas dike.
Nîqaş:
Ji bo destnîşankirina qutbên mîqnatîsek şîpîk, kompasê bikar bînin. Ev gav in:
1. Pusulayê li nêzîkî yek dawiya çîpa mıknatîsê deyne.
2. Li derziya kompasê binêre ku bakur û başûr nîşan dide.
3. Qutba magnetîkî ya ku serê bakur ê derziya kompasê dikişîne qutba başûr ê magnetîsê ye, ji ber ku qutba bakur ê derziya kompasê (ku di rastiyê de qutba başûr ê magnetîsa kompasê ye) ji hêla qutba başûr ê magnetîsê ve tê kişandin.
4. Bi heman awayî, kumpasê bibin serê din ê mîqnatîsê û çavdêriyê dubare bikin. Serê mîqnatîsê ku qutba başûr a derziya kumpasê dikişîne qutba bakur a mîqnatîsê ye, ji ber ku qutba bakur a derziya kumpasê ji qutba başûr a mîqnatîsê dikişîne.
Pirsa 2: Qada Magnetîk li Dora Têlek Rast a ku Herikbar e
Pirsyar: Têlek dirêj û rasterast herikeke elektrîkê ya 5 A hildigire. Asta zeviya magnetîkî ya li dora têlê li xalek 10 cm dûrî têlê diyar bike.
Nîqaş:
Zeviya magnetîkî ya li dora têlek rast a ku herikîna hildigire dikare bi karanîna qaîdeya destê rastê were destnîşankirin. Li vir çawa ye:
1. Têlê bi destê xwe yê rastê bigirin, tiliya we rêça herikîna herikê (ji pozîtîf ber bi neygatîf) nîşan bide.
2. Arasteya tîrên li dora têlê pêçayî arasteya qada manyetîk nîşan dide.
Bo nimûne, eger herikîn ber bi jor ve were rêve kirin (li gorî tiliya tiliyê), wê demê li xalek 10 cm ji têlê dûr, zeviya magnetîkî dê li gorî tevgera tiliya destê rastê bizivire:
- Eger xal li pêşiya têlê be, zeviya magnetîkî ber bi hundir ve (ber bi pelê kaxez/ekranê) ve diçe.
- Eger xal li pişt têlê be, zeviya magnetîkî ber bi derve ve (ji pelê kaxez/ekranê) nîşan dide.
Pirsa 3: Hêza Lorentz li ser Perçeyên ku Herikbar in
Pirsyar: Perçeyek barkirî (+1.6 × 10^-19 C) ku bi leza 2 × 10^6 m/s tevdigere, dikeve nav qadeke manyetîk a 0.01 T ku ji rûpelê ber bi derve ve tê rêve kirin. Mezinahî û rêça hêza Lorentz a ku ji hêla perçeyê ve tê hîs kirin diyar bikin.
Nîqaş:
Hêza Lorentz li ser perçeyekî barkirî di zeviyeke manyetîk de dikare bi hevkêşeya \( \vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B} \) were îfade kirin.
– Barkê perçeyan, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– Leza perçeyan, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 m/s (tê texmînkirin ku ber bi eksena x ve ye)
– Zeviya manyetîk, \( \vec{B} \) = 0.01 T (ji rûpelê, ber bi eksena z ve)
Ji bo rêça hêzê:
1. Ji bo derbasbûna vektora leza (\( \vec{v} \)) û qada magnetîkî (\( \vec{B} \)) dîsa qaîdeya destê rastê bi kar bîne.
2. Tilîyên destê rastê rêça lezê (eksena x) dişopînin, tiliyan ber bi derveyî kaxezê ve dipêçin (li gorî qada manyetîk a eksena z), paşê tiliya mezin rêça hêza Lorentz (eksena y) peyda dike.
Mezinahiya hêza Lorentz \(F \) dikare wiha were hesabkirin:
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \theta \]
Ji ber ku \( \theta \) = 90° (leza perpendîkular li ser zeviya magnetîkî ye),
\[ F = (1.6 caran 10^{-19} C) \cdot (2 caran 10^6 m/s) \cdot (0.01 T) \sin (90°) \]
\[ F = 3.2 \times 10^{-21} N \]
Rêça hêzê li gorî qatbûna tiliyê ye (ber bi rastê = eksena y ya erênî).
Pirsa 4: Qada Magnetîk di Navenda Solenoîdekê de
Pirsyar: Tê zanîn ku solenoidek dirêj 500 zivir hene ku dirêjahiya wê 0.5 m ye û herikîna wê 2 A ye. Mezinahiya qada manyetîk a di nîvê solenoidê de hesab bike.
Nîqaş:
Zeviya magnetîkî ya di hundirê solenoidek dirêj de dikare bi karanîna formula jêrîn were hesibandin:
\[ B = \mu_0 n I \]
Dîmana:
– \( B \): mezinahiya qada magnetîkî ya di hundirê solenoidê de (Tesla)
– \( \mu_0 \): katsayiya derbasbûna valahiyê (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A \))
– \( n \): hejmara zivirînan li ser yekîneya dirêjahiyê (zivirîn/metre), wekî \( n = \frac{N}{L} \) hatiye formulekirin.
– \( I \): mîqdara herika ku di solenoidê re derbas dibe (Amper)
Wiha,
– \( N = 500 \)
– \( L = 0.5 m \)
– \( n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: zivirandin/m \)
– \( I = 2 A \)
Ji ber vê yekê,
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
\[ B = (4 \pi \times 10^{-7} T \cdot m/A) \cdot (1000 \: zivirandin/m) \cdot 2 A \]
\[ B = 8 \pi \times 10^{-4} T \]
\[ B nêzîkî 2.51 caran 10^{-3} T \]
Pirsa 5: Înduksiyona Elektromagnetîk
Pirsyar: Bobînek ji 200 ziviran pêk tê û di qadeke manyetîk de tê danîn ku di 0.25 saniyeyan de ji 0.1 T diguhere bo 0.5 T. Voltaja înduksîyonkirî ya di bobînê de çêdibe hesab bike.
Nîqaş:
Enduksiyona elektromagnetîk dikare bi karanîna Qanûna Faraday were hesibandin:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} \]
Ko,
– \( \mathcal{E} \): voltaja çêkirî (Volt)
– \( N \): hejmara zivirînan
– \( \Delta \Phi_B \): guherîna herikîna manyetîk (Wb)
– \( \Delta t \): guhertina demê (ç)
Bi \(\Delta \Phi_B = B \cdot A \); ku A qada kelikê ye. Lêbelê, heke qada kelikê neguhere
\[ \mathcal{E} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t} \]
Ji ber ku \(\Delta B = 0.5 T – 0.1 T = 0.4 T \),
ard
\[ \mathcal{E} = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s} \]
\[ \mathcal{E} = -320 \cdot A \]
Eger qadeke taybetî neyê dayîn (tê texmînkirin ku ew yek e),
nirxa enduksîyonê bi awayekî xêzikî girêdayî A dimîne.
Hêvîdarim, ev mînakên pirsgirêkên magnetîzmê dê ji we re bibin alîkar ku hûn têgeh û sepandinên pratîkî yên magnetîzmê fam bikin. Ev nêrîn û prensîb bi berdewamî di astên akademîk ên cûrbecûr û di lêkolînên kûrtir de têne bikar anîn.
