Соронзонгийн хэлэлцүүлгийн асуултуудын жишээ
Соронзон чанар нь физикийн чиглэлээр судлахад маш чухал бөгөөд сонирхолтой байгалийн үзэгдэл юм. Энэ үзэгдэл нь соронз болон тодорхой материалын хооронд үүсдэг хүчнүүдтэй холбоотой юм. Ерөнхийдөө соронзон чанарыг соронзон орон, хүчний соронзон шугам, соронз болон соронзон хоорондын ферромагнет, парамагнет болон диамагнет материалуудтай харилцан үйлчлэлийн тухай ойлголтоор тайлбарлаж болно. Энэ нийтлэлд бид соронзон чанарын сэдэвтэй холбоотой хэд хэдэн жишээ бодлого болон тэдгээрийн хэлэлцүүлгийг авч үзэх болно.
Асуулт 1: Соронзон туйлуудыг тодорхойлох
Асуулт: Шугаман соронз нь хойд туйл ба өмнөд туйл гэсэн хоёр туйлтай. Луужин ашиглан шугаман соронзны туйлуудыг хэрхэн тодорхойлохыг тайлбарлана уу.
Хэлэлцүүлэг:
Соронзонгийн туйлуудыг тодорхойлохын тулд луужин ашиглаарай. Дараах алхамуудыг хийнэ үү:
1. Луужинг соронзон туузны нэг үзүүрт ойрхон байрлуул.
2. Хойд болон өмнөд зүгийг зааж буй луужингийн зүүг ажиглаарай.
3. Луужингийн зүүний хойд үзүүрийг татдаг соронзон туйл нь соронзонгийн өмнөд туйл юм, учир нь луужингийн зүүний хойд туйл (үнэндээ луужингийн соронзонгийн өмнөд туйл) нь соронзонгийн өмнөд туйлд татагддаг.
4. Үүнтэй адилаар луужингаа соронзонгийн нөгөө үзүүрт шилжүүлж, ажиглалтыг давтана уу. Луужингийн зүүний өмнөд туйлыг татдаг соронзонгийн үзүүр нь соронзонгийн хойд туйл юм, учир нь луужингийн зүүний хойд туйл нь соронзонгийн өмнөд туйлд татагддаг.
Асуулт 2: Шулуун гүйдэл дамжуулагч утасны эргэн тойрон дахь соронзон орон
Асуулт: Урт шулуун утас нь 5 А цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг. Утаснаас 10 см зайд байрлах цэг дээр утсыг тойрсон соронзон орны чиглэлийг тодорхойл.
Хэлэлцүүлэг:
Гүйдэл дамжуулж буй шулуун утсыг тойрсон соронзон орныг баруун гарын дүрмийг ашиглан тодорхойлж болно. Үүнийг дараах байдлаар хийнэ.
1. Утсыг баруун гараараа барьж, эрхий хуруугаараа гүйдлийн урсгалын чиглэлийг (эерэгээс сөрөг рүү) заана.
2. Утасны эргэн тойронд ороосон хигээсний чиглэл нь соронзон орны чиглэлийг заана.
Жишээлбэл, хэрэв гүйдэл дээшээ чиглэсэн бол (эрхий хурууны дагуу) утаснаас 10 см зайд соронзон орон баруун гарын хурууны хөдөлгөөний чиглэлд эргэлдэнэ:
– Хэрэв цэг нь утасны урд байвал соронзон орон дотогшоо (цаасан хуудас/дэлгэц рүү) чиглэнэ.
– Хэрэв цэг нь утасны ард байвал соронзон орон нь гадагшаа чиглэнэ (цаасан хуудас/дэлгэцээс).
Асуулт 3: Гүйдэл дамжуулагч бөөмс дээр үйлчлэх Лоренц хүч
Асуулт: 2 × 10^6 м/с хурдтай хөдөлж буй цэнэгтэй бөөм (+1.6 × 10^-19 C) хуудаснаас гадагш чиглэсэн 0.01 Т соронзон орон руу орно. Бөөмд үйлчлэх Лоренц хүчний хэмжээ ба чиглэлийг тодорхойлно уу.
Хэлэлцүүлэг:
Соронзон орон дахь цэнэгтэй бөөм дээр үйлчилдэг Лоренц хүчийг \( \vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B} \) тэгшитгэлээр илэрхийлж болно.
– Бөөмийн цэнэг, \(q\) = +1.6 × 10^-19 C
– Бөөмийн хурд, \( \vec{v} \) = 2 × 10^6 м/с (x тэнхлэг рүү чиглэсэн гэж үзнэ)
– Соронзон орон, \( \vec{B} \) = 0.01 Т (хуудаснаас гадагш, z тэнхлэг рүү чиглэсэн)
Хүчний чиглэлийн хувьд:
1. Хурдны вектор (\( \vec{v} \)) болон соронзон орон (\( \vec{B} \))-г хөндлөн гарахын тулд баруун гарын дүрмийг дахин ашиглаарай.
2. Баруун гарын хуруунууд хурдны чиглэлийг (x тэнхлэг) дагаад, хуруунуудаа цаасны гадна тал руу нугалж (z тэнхлэгийн соронзон орны дагуу), дараа нь эрхий хуруугаараа Лоренц хүчний чиглэлийг (y тэнхлэг) тодорхойлно.
Лоренц хүчний \(F \) хэмжээг дараах байдлаар тооцоолж болно.
\[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \theta \]
\( \theta \) = 90° (соронзон оронтой перпендикуляр хурд) тул
\[ F = (1.6 \times 10^{-19} C) \cdot (2 \times 10^6 м/с) \cdot (0.01 T) \sin (90°) \]
\[ F = 3.2 \удаа 10^{-21} N \]
Хүчний чиглэл нь хурууны нугалаас хамаарна (баруун талд = эерэг у тэнхлэг).
Асуулт 4: Соленоидын дундах соронзон орон
Асуулт: Урт соленоид нь 0.5 м урттай 500 эргэлттэй бөгөөд 2 А гүйдэл дамжуулдаг нь мэдэгдэж байна. Соленоидын голд байрлах соронзон орны хэмжээг тооцоол.
Хэлэлцүүлэг:
Урт соленоид доторх соронзон орныг дараах томъёогоор тооцоолж болно.
\[ B = \mu_0 n I \]
Хаана:
– \( B \): соленоид (Tesla) доторх соронзон орны хэмжээ
– \( \mu_0 \): вакуум нэвчилтийн коэффициент (\(4 \pi \times 10^{-7} \: T \cdot m/A\))
– \( n \): нэгж урттай тэнцэх эргэлтийн тоо (эргэлт/метр), дараах байдлаар томъёолсон \( n = \frac{N}{L} \)
– \( I \): соленоидоор урсах гүйдлийн хэмжээ (Ампер)
Тэгэхээр,
– \( N = 500 \)
– \( Урт = 0.5 м \)
– \( n = \frac{500}{0.5} = 1000 \: эргэлт/м \)
– \( I = 2 A \)
Тиймээс,
\[ B = \mu_0 \cdot n \cdot I \]
\[ B = (4 \pi \times 10^{-7} T \cdot m/A) \cdot (1000 \: turns/m) \cdot 2 A \]
\[ B = 8 \pi \times 10^{-4} T \]
\[ B \ойролцоогоор 2.51 \урт 10^{-3} T \]
Асуулт 5: Цахилгаан соронзон индукц
Асуулт: Ороомог нь 200 эргэлтээс бүрдэх бөгөөд 0.25 секундын дотор 0.1 Т-ээс 0.5 Т хүртэл өөрчлөгддөг соронзон орон дотор байрлуулсан. Ороомогт үүссэн индукцийн хүчдэлийг тооцоол.
Хэлэлцүүлэг:
Цахилгаан соронзон индукцийг Фарадейгийн хуулийг ашиглан тооцоолж болно:
\[ \маткал{E} = -N \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} \]
Хаана,
– \( \mathcal{E} \): индукцийн хүчдэл (Вольт)
– \( N \): ээлжийн тоо
– \( \Delta \Phi_B \): соронзон урсгалын өөрчлөлт (Wb)
– \( \Дельта t \): цаг хугацааны өөрчлөлт(үүд)
\(\Delta \Phi_B = B \cdot A \); -тай хамт энд А нь ороомгийн талбай юм. Гэсэн хэдий ч, хэрэв талбай өөрчлөгдөхгүй бол
\[ \mathcal{E} = -N \cdot \frac{\Delta B \cdot A}{\Delta t} \]
\(\Дельта B = 0.5 Т – 0.1 Т = 0.4 Т \) тул,
гурил
\[ \mathcal{E} = -200 \cdot \frac{0.4 T \cdot A}{0.25 s} \]
\[ \маткал{E} = -320 \cdot A \]
Хэрэв тодорхой газар нутаг өгөгдөөгүй бол (ижил гэж үзвэл),
индукцийн утга нь А-аас шугаман хамааралтай хэвээр байна.
Соронзон чанарын эдгээр жишээнүүд нь соронзон чанарын тухай ойлголт болон практик хэрэглээг ойлгоход тань тусална гэж найдаж байна. Эдгээр үзэл бодол, зарчмуудыг янз бүрийн эрдэм шинжилгээний түвшинд болон илүү гүнзгий судалгаанд тууштай ашигладаг.
