Магнетизмди талкуулоо боюнча суроолордун мисалы
Магнетизм физикада изилдөө үчүн абдан маанилүү жана кызыктуу табигый кубулуш. Бул кубулуш магниттер менен айрым материалдардын ортосунда пайда болгон күчтөр менен байланыштуу. Жалпысынан алганда, магнетизмди магнит талаалары, магниттик күч сызыктары жана магниттер менен магниттердин ферромагниттик, парамагниттик жана диамагниттик материалдар менен өз ара аракеттенүүсү түшүнүктөрү аркылуу түшүндүрүүгө болот. Бул макалада биз магнетизм темасына байланыштуу бир нече мисал маселелерди жана алардын талкууларын талкуулайбыз.
1-суроо: Магниттик уюлдарды аныктоо
Суроо: Штангалуу магниттин эки уюлу бар: түндүк жана түштүк уюлдар. Штангалуу магниттин уюлдарын компастын жардамы менен кантип аныктоону түшүндүрүңүз.
Талкуу:
Магниттин уюлдарын аныктоо үчүн компасты колдонуңуз. Бул жерде кадамдар келтирилген:
1. Компасты магнит тилкесинин бир учуна жакын коюңуз.
2. Түндүк менен түштүктү көрсөткөн компастын жебесине көңүл буруңуз.
3. Компас жебесинин түндүк учун тарткан магниттик уюл магниттин түштүк уюлу болуп саналат, анткени компас жебесинин түндүк уюлу (чындыгында ал компас магнитинин түштүк уюлу) магниттин түштүк уюлу тарабынан тартылат.
4. Ошол сыяктуу эле, компасты тилкелүү магниттин экинчи учуна жылдырып, байкоону кайталаңыз. Компас жебесинин түштүк уюлун тарткан магниттин учу магниттин түндүк уюлу болуп саналат, анткени компас жебесинин түндүк уюлу магниттин түштүк уюлуна тартылат.
2-суроо: Түз ток өткөрүүчү зымдын айланасындагы магнит талаасы
Суроо: Узун түз зым 5 А электр тогун өткөрөт. Зымдан 10 см аралыкта жайгашкан чекитте зымдын айланасындагы магнит талаасынын багытын аныктагыла.
Талкуу:
Ток өткөрүүчү түз зымдын айланасындагы магнит талаасын оң кол эрежеси менен аныктоого болот. Кантип аныктоо керек:
1. Зымды оң колуңуз менен кармаңыз, баш бармагыңыз токтун агымынын багытын (оңдон терске карай) көрсөтүңүз.
2. Зымдын айланасына оролгон спицалардын багыты магнит талаасынын багытын көрсөтөт.
Мисалы, эгерде ток өйдө карай багытталса (баш бармакка ылайык), анда зымдан 10 см аралыкта магнит талаасы оң колдун манжасынын кыймылынын багыты боюнча айланат:
– Эгерде чекит зымдын алдында болсо, магнит талаасы ичкери карай (кагаз/экран барагына) багытталат.
– Эгерде чекит зымдын артында болсо, магнит талаасы сыртка багытталган (кагаз барагынан/экрандан).
3-суроо: Ток өткөрүүчү бөлүкчөлөргө Лоренц күчү
Суроо: 2 × 10^6 м/с ылдамдыкта кыймылдаган заряддалган бөлүкчө (+1.6 × 10^-19 C) барактан сыртка багытталган 0.01 Тл магнит талаасына кирет. Бөлүкчө тарабынан таасир этүүчү Лоренц күчүнүн чоңдугун жана багытын аныктаңыз.
Талкуу:
Магнит талаасындагы заряддалган бөлүкчөгө таасир этүүчү Лоренц күчүн \( \vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B} \) теңдеме менен туюнтса болот.
– Бөлүкчөнүн заряды, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– Бөлүкчөнүн ылдамдыгы, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 м/с (x огуна карай деп болжолдонот)
– Магнит талаасы, \( \vec{B} \) = 0.01 Т (барактын сыртына, z огуна карай)
Күчтүн багыты үчүн:
1. Ылдамдык вектору (\( \vec{v} \)) жана магнит талаасы (\( \vec{B} \)) боюнча өтүү үчүн оң кол эрежесин кайрадан колдонуңуз.
2. Оң колдун манжалары ылдамдыктын багытын (x огу) ээрчийт, манжаларды кагаздын сыртына карай бүктөйт (z огу магнит талаасына ылайык), андан кийин баш бармак Лоренц күчүнүн багытын көрсөтөт (y огу).
Лоренц күчүнүн чоңдугун \(F\) төмөнкүдөй эсептесе болот:
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \theta \]
\( \theta \) = 90° (магнит талаасына перпендикуляр ылдамдык) болгондуктан,
\[F = (1.6 \times 10^{-19} C) \cdot (2 \times 10^6 м/с) \cdot (0.01 T) \sin (90°) \]
\[F = 3.2 \убакыт 10^{-21} N \]
Күчтүн багыты манжа бүктөмүнө жараша болот (оң жакта = оң у огу).
4-суроо: Соленоиддин ортосундагы магнит талаасы
Суроо: Узундугу 0.5 м болгон 500 орамдуу узун соленоид 2 А ток өткөрөрү белгилүү. Соленоиддин ортосундагы магнит талаасынын чоңдугун эсептегиле.
Талкуу:
Узун соленоиддеги магнит талаасын төмөнкү формула менен эсептөөгө болот:
\[ B = \mu_0 n I \]
Димана:
– \( B \): соленоид (Tesla) ичиндеги магнит талаасынын чоңдугу
– \( \mu_0 \): вакуумдун өткөрүмдүүлүк коэффициенти (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A\))
– \( n \): узундук бирдигине туура келген орулуштардын саны (орулуш/метр), төмөнкүдөй формула менен берилет: \( n = \frac{N}{L} \)
– \( I \): соленоид аркылуу өткөн токтун көлөмү (Ампер)
Ошентип,
– \( N = 500 \)
– \( У = 0.5 м \)
– \( n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: бурулуш/м \)
– \( I = 2 A \)
Ошентип,
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
\[ B = (4 \pi \times 10^{-7} T \cdot m/A) \cdot (1000 \: бурулуш/м) \cdot 2 A \]
\[B = 8 \pi \times 10^{-4} T \]
\[ B \болжол менен 2.51 \убакыт 10^{-3} T \]
5-суроо: Электромагниттик индукция
Суроо: Катушка 200 оромдон турат жана 0.25 секундда 0.1 Тлдан 0.5 Тлга чейин өзгөрө турган магнит талаасына жайгаштырылган. Катушкада пайда болгон индукцияланган чыңалууну эсептегиле.
Талкуу:
Электромагниттик индукцияны Фарадейдин закону менен эсептөөгө болот:
\[ \mathcal{E} = -N \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} \]
Димана,
– \( \mathcal{E} \): индукцияланган чыңалуу (Вольт)
– \( N \): бурулуштардын саны
– \( \Delta \Phi_B \): магниттик агымдын өзгөрүшү (Wb)
– \( \Delta t \): убакыттын өзгөрүшү
менен \(\Delta \Phi_B = B \cdot A \); мында А - катушканын аянты. Бирок, эгер аянт өзгөрбөсө
\[ \mathcal{E} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t} \]
Анткени \(\Delta B = 0.5 T – 0.1 T = 0.4 T \),
мака
\[ \mathcal{E} = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s} \]
\[ \маткал{E} = -320 \cdot A \]
Эгерде эч кандай конкреттүү аймак берилбесе (ошол эле деп болжолдонсо),
индукциянын мааниси А га сызыктуу көз каранды бойдон калат.
Магнитизм маселелеринин бул мисалдары сизге магнетизмдин түшүнүктөрүн жана практикалык колдонулушун түшүнүүгө жардам берет деп үмүттөнөбүз. Бул көз караштар жана принциптер ар кандай академиялык деңгээлдерде жана тереңирээк изилдөөлөрдө ырааттуу түрдө колдонулат.
