Ինչ է մագնիսական (դաշտի կողմից ազդող) ուժը

Ինչպես գտնել մագնիսական ուժը

Հաղորդչի վրա ազդող ուժը

Նկար 2. Մագնիսական ուժն էլեկտրական հաղորդչի վրա։

Նկար 2-ում պատկերված է հաղորդալար, որն անցնում է պայտաձև մագնիսի հյուսիսային և հարավային բևեռների միջով։ Հաղորդալարը միացված է մարտկոցին, որի արդյունքում հաղորդչով անցնում է $5\mathrm{Ա}$‍ հոսանք, որն ունի ուժով նշված ուղղությունը։ Եթե բևեռների միջև մագնիսական դաշտի ինդուկցիան $0,2\mathrm{Տ}\mathrm{լ}$‍ է, ապա որոշել բևեռների միջև հաղորդալարի $10\mathrm{մ}\mathrm{մ}$‍ հատվածի վրա ուժի մեծությունն ու դրա ուղղությունը։

Լուծում

Սկսենք էլեկտրական հաղորդչով անցնող հոսանքի ուժի վրա ազդող Լորենցի ուժի օրենքով.

$F=BIL\sin \theta$‍

Այս խնդրում մագնիսական ուժագծերը (ուղղված են հյուսիսից հարավ) հաղորդալարով անցնող հոսանքի ուժի հետ կազմում են ուղիղ անկյուն (${90}^{\circ }$‍)։ Այնպես որ, $\sin \theta =1$‍, և այս անդամը կարող ենք չգրել։ (Հաղորդալարի վրա ազդող) ուժը կարող ենք հաշվել.

$\begin{array}{rl}F& =(0,2\mathrm{Տ}\mathrm{լ})(5\mathrm{Ա})(0,01\mathrm{մ})\\ & =0,01\mathrm{Ն}\end{array}$‍

Մագնիսական դաշտի կողմից ազդող ուժի ուղղությունը գտնելու համար կարող ենք օգտվել ձեռքի «ափի» օրենքից։ Սխեմայի վրա էլեկտրոնները շարժվում են դեպի վեր (պայմանական հոսանքի ուժի հակառակ ուղղությամբ), և մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի վեկտորն ուղղված է դեպի աջ։ Այստեղից հետևում է, որ մագնիսական դաշտի կողմից ազդող ուժն ուղղահայաց է թղթին և ուղղված է թղթից դեպի դուրս։

Ենթադրենք մագնիսը մի փոքր տեղափոխել ենք ձախ այնպես, որ հաղորդալարն ավելի մոտ է մագնիսի հարավային բևեռին։ Ակնկալու՞մ եք արդյոք հաղորդալարի վրա ազդող ուժի փոփոխություն։

Լուծում

Ոչ, ենթադրենք՝ բևեռների միջև մագնիսական դաշտը համասեռ է։ Մենք կստանանք նույն ուժը։

Ենթադրենք՝ մագնիսի մագնիսական ուժն անհայտ է։ Կարո՞ղ եք առաջարկել փորձի այնպիսի ձևափոխում, որ հնարավոր լինի գտնել մագնիսի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան։ Ենթադրենք՝ ունեք քանոն, լար և կշռաքարեր։

Լուծում

Եթե հոսանքակիր մետաղալարը ճկուն է, ու նրանով հոսաանք է անցնում, ապա այն մագնիսական դաշտի ազդեցության հետևանքով կծռվի։ Այս ծռումը կարող ենք չափել քանոնով։ Հետո մետաղալարին կարող ենք կշռաքարեր կապել և գտնել այն զանգվածը, որն անհրաժեշտ է այն նույն չափով ծռելու համար։ Այստեղից էլ կստանանք հաղորդալարի վրա ազդող ուժը, երբ նրանով հոսանք է անցնում։ Եթե հայտնի են հոսանքի ուժը և լարման տակ գտնվող հաղորդալարի երկարությունը, ապա վերադասավորելով Լորենցի ուժի բանաձևը՝ հնարավոր է գտնել մագնիսի դաշտի ինդուկցիան։

էլեկտրոնաճառագայթային խողովակում էլեկտրոնների մագնիսական շեղում

Նկար 3-ում պատկերված է էլեկտրոնաճառագայթային խողովակի փորձ։ Պարույրների զույգը տեղադրված է խողովակից դուրս և նրանում առաջացնում է համասեռ մագնիսական դաշտ (պատկերված չէ)։ Ինչպես ցույց է տրված նկարում, մագնիսական դաշտի ազդեցության հետևանքով էլեկտրոնները շեղվում են կոր հետագծով, որը շրջանագծի մաս է։ Ո՞րն է մագնիսական դաշտի ուղղությունը։

Նկար 3. էլեկտրոնաճառագայթային խողովակի փորձ։

Լուծում

Հիմնվելով շրջանագծով շարժման մեր գիտելիքների վրա՝ գիտենք, որ գոյություն ունի էլեկտրոնի շրծանաձև հետագծի կենտրոն ուղղված կենտրոնաձիգ ուժ։ Այս ուժի դերը կատարում է մագնիսական ուժը։

Կիրառելով ձախ ձեռքի ափի կանոնը (էլեկտրոնները բացասական լիցք ունեն), որտեղ լիցքավորված մասնիկի վրա ազդող ուժը վերև է ուղղված, և բութ մատը ցույց է տալիս էլեկտրոնի ուղղությունը, մենք տեսնում ենք, որ մագնիսական դաշտը պետք է ուղղված լինի էջի սահմաններից դուրս։

Եթե հայտնի է, որ էլեկտրոններն էլեկտրոնային ատրճանակից արձակվում են հորիզոնական ուղղությամբ $v$‍ արագությամբ, որը հավասար է $2\cdot {10}^7\mathrm{մ}/\mathrm{վ}$‍-ի, ապա ո՞րն է մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի մեծությունը։ Ենթադրենք՝ շրջանաձև հետագիծը մոտավորապես $L^2/2d$‍ է, որտեղ $L$‍-ը խողովակի երկարությունն է, $d$‍-ն՝ հորիզոնական շեղումը։

Լուծում

Ձախ ձեռքի «ափի» կանոնից գիտենք, որ մագնիսական դաշտն ուղղահայաց է արագությանը։ Սա նաև այն պայմանն է, որը հանգեցնում է շրջանաձև շարժման։ Հավասարեցնենք $m_e$‍ զանգվածով և $v$‍ արագությամբ էլեկտրոնի վրա ազդող կենտրոնաձիգ և մագնիսական ուժերը (ենթադրում ենք, որ մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի և արագության վեկտորները միշտ ուղիղ անկյուն են կազմում),

$qvB=\frac{m_e{v}^2}{R}$‍

$B=\frac{m_{e}v}{qR}$‍

Կարող ենք հաշվել շրջանաձև հետագծի շառավիղը՝ օգտվելով տրված մոտավորությունից՝

$\begin{array}{rl}R& =\frac{L^2}{2d}\\ & =\frac{(0,2\mathrm{մ}{)}^2}{2\cdot 0,025\mathrm{մ}}\\ & =0,8\mathrm{մ}\end{array}$‍

և հիմա տեղադրենք սկզբնական հավասարման մեջ.

$\begin{array}{rl}B& =\frac{(9,1\cdot {10}^{-31}\mathrm{կ}\mathrm{գ})\cdot (2\cdot {10}^7\mathrm{մ}/\mathrm{վ})}{(1,6\cdot {10}^{-19}\mathrm{Կ}\mathrm{լ})\cdot (0,8\mathrm{մ})}\\ & =1,42\cdot {10}^{-4}\mathrm{Տ}\mathrm{լ}\end{array}$‍

Հետաքրքիր է, որ հետագծի շեղում առաջանում է բավականին փոքր մագնիսական դաշտի ազդեցության հետևանքով (Երկրի մագնիսկան դաշտից տասն անգամ մեծ մեծությունից քիչ)։ Այդ պատճառով ակնկալելի է, որ Երկրի դաշտը շեղման վրա ազդեցություն ունի։ էլեկտրոնաճառագայթային սարքավորում օգտագործող արտադրողները հաճախ փորձում են մեղմել այս խնդիրը՝ ներառելով մագնիսական պաշտպանիչ համակարգ, իսկ երբեմն էլ ստուգումներ են անցկացնում պատկերը կարգավորելու համար, եթե սարքը տեղափոխելու ընթացքում արտաքին մագնիսական դաշտն այն փոխել է: