Հիմնական նյութ

Ֆիզիկա

Դասընթաց․ (Ֆիզիկա) > Բաժին 13

Դաս 1: Մագնիսներ և մագնիսական ուժ

Ինչ է մագնիսական ուժը

Սովորիր, թե ինչ է մագնիսական ուժը և ինչպես կարելի է հաշվել այն։

Ինչ է մագնիսական (դաշտի կողմից ազդող) ուժը

Մագնիսական ուժը բնության չորս հիմնարար փոխազդեցություններից մեկի՝ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության, դրսևորումներից է և առաջանում է լիցքավորված մասնիկների շարժման հետևանքով։

Մագնիսական դաշտեր հոդվածում մենք սովորեցինք, թե ինչպես է շարժվող լիցքավորված մասնիկն իր շուրջը ստեղծում մագնիսական դաշտ։ Այս համատեքստում, մագնիսական ուժն այն ուժն է, որն առաջանում է մագնիսական դաշտերի փոխազդեցության հետևանքով։

Ինչպես գտնել մագնիսական ուժը

Դիտարկենք երկու մարմիններ։ Նրանց փոխազդեցության մագնիսական ուժի մեծությունը կախված է նրանից, թե որքան լիցք ինչպիսի շարժում է կատարում յուրաքանչյուր մարմնում և թե ինչքան հեռու են այդ մարմինները միմյանցից գտնվում։ Ուժի ուղղությունը կախված է յուրաքանչյուր լիցքի շարժման ուղղությունից։

Մագնիսական (Լորենցի) ուժը գտնելու համար դիտարկում ենք

q

հաստատուն լիցքը, որը շարժվում է

v

հաստատուն արագությամբ

B

ինդուկցիայով համասեռ մագնիսական դաշտում։ Եթե չգիտենք մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի մեծությունը, կարող ենք օգտվել այս մեթոդից, քանի որ հաճախ հնարավոր է գտնել մագնիսական դաշտը՝ հիմնվելով հոսանքից հեռավորության վրա։

Մագնիսական (դաշտի կողմից ազդող) ուժը նկարագրվում է Լորենցի ուժի օրենքով.

[Բացատրիր. որոշ մանրամասներ]

\vec{F} = q \vec{v} \cdot \vec{B}

Այս հավասարումը գրված է վեկտորական արտադրյալի միջոցով։ Մագնիսական (Լորենցի) ուժը կարող ենք գրել՝ բացելով վեկտորական արտադրյալը։ Արագության և ինդուկցիայի վեկտորների կազմած

θ

(

< 180^{\circ}

) անկյան միջոցով հավասարումը ստանում է հետևյալ տեսքը.

F = q v B \sin θ

Լորենցի ուժի ուղղությունը կարելի է որոշել աջ ձեռքի ափի կանոնով։ Եթե աջ ձեռքը պահենք այնպես, որ մագնիսական (Լորենցի) ուժի վեկտորը դուրս գա ափից (ուղղահայաց ուղղություն), ապա բութ մատն ուղղված կլինի դրական լիցքի շարժման ուղղությամբ, իսկ պարզած չորս մատները ցույց կտան ինդուկցիայի վեկտորի ուղղությունը այնպես, ինչպես աջ ձեռքի կանոնով (ծալած չորս մատներով)։ Եթե շարժվող լիցքը բացասական է (օրինակ՝ էլեկտրոններ), ապա պետք է բութ մատը հակառակ կողմ ուղղել, քանի որ ուժը կլինի հակառակ ուղղությամբ։ Կամ էլ բացասական շարժվող լիցքի համար կարող եք կիրառել ձեր ձախ ձեռքը։

[Բացատրել]

Երբեմն անհրաժեշտ է լինում գտնել մագնիսական դաշտում

I

հոսանքի ուժով հոսանքակիր հաղորդչի վրա այդ դաշտի կողմից ազդող ուժը (Ամպերի ուժ)։ Սա կարող ենք անել՝ ձևափոխելով նախորդ հավասարումները։ Հիշենք, որ արագությունը հավասար է ճանապարհ/ժամանակ հարաբերությանը։ Եթե հոսանքակիր հաղորդչի երկարությունը

L

է, ապա կարող ենք գրել.

q v = \frac{q L}{t}

և քանի որ հոսանքը հաղորդչի լայնական հատույթով միավոր ժամանակում անցած լիցքի քանակն է,

q v = I L

և հետևաբար

F = B I L \sin θ

Հաղորդչի վրա ազդող ուժը

Վարժություն 1ա.

Նկար 2. Մագնիսական ուժն էլեկտրական հաղորդչի վրա։
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 $5 Ա$ ‍ հոսանք, որն ունի ուժով նշված ուղղությունը։ Եթե բևեռների միջև մագնիսական դաշտի ինդուկցիան $0, 2 Տ լ$ ‍ է, ապա որոշել բևեռների միջև հաղորդալարի $10 մ մ$ ‍ հատվածի վրա ուժի մեծությունն ու դրա ուղղությունը։
[Լուծում]

Վարժություն 1բ.

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]

Վարժություն 1գ.

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]

էլեկտրոնաճառագայթային խողովակում էլեկտրոնների մագնիսական շեղում

էլեկտրոնաճառագայթային խողովակը դատարկ խողովակ է, որի մի ծայրին էլեկտրոնային ատրճանակն է, մյուսին՝ լյումինաֆորի բարակ շերտով պատված էկրանը։ Մեծ արագությամբ էլեկտրոններն արձակվում են էլեկտրոնային ատրճանակից և հարվածում են էկրանին՝ լյումինաֆորի հետ բախման հետևանքով առաջացնելով լուսային հետք։

Քանի որ էլեկտրոններն ունեն լիցք, ապա էլեկտրական կամ մագնիսական ուժով հնարավոր է շեղել նրանց հետագիծը շարժման ընթացքում։ Շեղման վրա վերահսկողությունը հնարավոր է դարձնում տեղափոխել էկրանի վրայի լուսային հետքը։ Հին՝ «խողովակային» հեռուստացույցները հիմնված էին մագնիսական շեղումով այս երևույթի վրա, և արագ թարթելով լուսային հետքը՝ ստացվում էին պատկերներ։

Վարժություն 2ա.

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։
Նկար 3. էլեկտրոնաճառագայթային խողովակի փորձ։

[Լուծում]

Վարժություն 2բ.

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

[Լուծում]

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: