שדה מגנטי אחיד: מה זה, תרגילים ועוד

שדה מגנטי אחיד הוא כזה שבו השדה המגנטי זהה בכל הנקודות במרחב, הן במודול והן בכיוון ובכיוון. בו ה קווי האינדוקציה מקבילים ומרוחקים זה מזה באופן שווה. ניתן להשיג אותו בתוך א חֲגִיגִיOללכת ארוך מספיק.

קרא גם: אלקטרומגנטיות - החלק בפיזיקה המקשר בין חשמל למגנטיות

קווי אינדוקציית שדה מגנטי

קווי אינדוקציה הם תכונה המאפשרת לך לדמיין ביתר קלות את התצורה המרחבית של השדה המגנטי. לשורות כאלה יש כמה מאפייניםחָשׁוּב, לדעת:

• תמיד סגורים;
• לצאת דרך הצפון המגנטי ולהיכנס לדרום המגנטי;
• כשהם מרווחים באופן שווה, הם מייצגים שדה מגנטי אחיד;
• הם די מרוכזים בסביבת הקטבים המגנטיים, מכיוון שהשדה המגנטי חזק יותר במקומות אלה.

בניגוד קווי כוח שדה חשמלי, קווי השדה המגנטי סגורים תמיד. זה בגלל ש לא ייתכן שהם קיימיםמונופוליםמַגנֶטִי, כלומר, לכל גוף ממוגנט יש גם קוטב דרומי וגם קוטב מגנטי צפוני.

הגדרה של שדה מגנטי אחיד

ההגדרה של שדה מגנטי אחיד היא פשוטה: היא א שדה המציג את אותו מודול, כיוון וחוש בכל נקודות החלל. מבחינה גרפית, השדה המגנטי האחיד מיוצג על ידי אזור שבו קווי האינדוקציה מקבילים ומרוחקים זה מזה באופן שווה.

ניתן לייצר שדה מגנטי אחיד באמצעות א

סולנואיד ארוך מספיק. במקרה זה, ה זרם חשמלי ריצה לאורך חוטי הסולנואיד מייצרת שדה מגנטי הדומה מאוד לשדה מגנטי אחיד במרכז הסולנואיד. אולם כאשר אנו מתקרבים לקצוות הסולנואיד, השפעות קצה גורמות לשדה המגנטי להפוך להטרוגני יותר.

האיור הבא מציג סולנואיד ארוך. בפנים, אתה יכול לראות כיקווי שדה מגנטי הםמַקְבִּיל ו באופן שווהמרווחים. תנאים כאלה מצביעים על כך שבאזורים אלה, השדה המגנטי נחשב אחיד.

בשדה המגנטי האחיד, קווי האינדוקציה מקבילים זה לזה.

קשר בין שדה מגנטי אחיד לכוח מגנטי

שדות מגנטיים אחידים חשובים לחקר תופעות מגנטיות, שכן באמצעותם יתכן שחישובים הכוללים אינטראקציה בין שדות מגנטיים מטענים חשמליים בתנועה הופכים לפשוטים יותר לפתרון.

כאשר חלקיק טעון יוצר אינטראקציה עם שדה מגנטי, כוח מגנטי פועל על אותו חלקיק. ה כוחמַגנֶטִי מאונך לווקטור השדה המגנטי, כמו גם לכיוון המהירות של החלקיק עצמו, ולכן, חלקיקים מתחילים לתאר נתיבים מעגליים או אפילו סליליים בזמן שהם נעים ב אזור של שדה מגנטי אחיד.

החישובים הנפוצים ביותר הכוללים שדות מגנטיים אחידים הם אלה שבהם עלינו לקבוע את כוח מגנטי מופעל על משאות נעים. ניתן לחשב את הכוח המגנטי על ידי מוצרבין לביןOמודולנותןלחייבחשמלי, ה מְהִירוּתנותןחֶלְקִיק זה ה מודולשֶׁלשדהמַגנֶטִי, בנוסף לסינוס של הזווית שנוצרת בין v ל-B. בדוק את הנוסחה שלהלן:

ו - כוח מגנטי (N)

מה - מטען חשמלי (C)

v - מהירות החלקיקים (מ/ש)

ב - שדה מגנטי (T)

θ – זווית בין v ל-B

ראה גם: אינדוקציה אלקטרומגנטית - מה זה ואיך זה עובד?

תרגילים על שדה מגנטי אחיד

שאלה 1 - לגבי קווי האינדוקציה של שדה מגנטי אחיד, מובאות ההצהרות הבאות.

אני - הם קווים סגורים.

II - אלו קווים שיוצאים מדרום מגנטי ונכנסים לצפון המגנטי.

III - הם קווים מרווחים באופן שווה.

IV - הם קווים פתוחים שעוזבים את המטענים החיוביים ונכנסים למטענים השליליים.

הם נכונים:

א) I, II ו-II.

ב) I ו-II.

ג) ב' ו-ג'.

ד) ג' ו-ד'.

פתרון הבעיה:

בואו ננתח את ההצהרות:

אני - נָכוֹן.

II - נָכוֹן.

III - נָכוֹן.

IV - שֶׁקֶר. הקווים היוצאים מהמטענים החיוביים ונכנסים למטענים השליליים הם קווי השדה החשמלי.

שאלה 2 - השדה המגנטי האחיד מאופיין בהפרדה אחידה של קווי האינדוקציה. בדוק את החלופה שאינה מייצגת מאפיין שדה מגנטי אחיד.

א) הקווים של השדה המגנטי האחיד מקבילים.

ב) ניתן להשיג שדה מגנטי אחיד בתוך סולנואיד ארוך מספיק.

ג) בשדה מגנטי אחיד, הגודל, הכיוון והכיוון של השדה המגנטי זהים בכל הנקודות.

ד) בשדה מגנטי אחיד, קווי שדה עלולים לחצות.

פתרון הבעיה:

האלטרנטיבה הכוזבת היא האות ד, שכן קווי האינדוקציה של השדה המגנטי, אחידים או לא, אינם חוצים.

שאלה 3 – חלקיק טעון חשמלי עם מטען חשמלי של 5 µC נכנס לאזור של שדה מגנטי אחיד בעוצמה השווה ל-2.0.10^-5 T, במהירות של 300 מ' לשנייה, בניצב לשדה המגנטי. קבע את עוצמת הכוח המגנטי הפועל על החלקיק.

א) 3.0.10^-8 נ

ב) 2.0.10^-7 נ

ג) 4.0.10^-9 נ

ד) 5.0.10^-6 נ

פתרון הבעיה:

כדי להגיב לתרגיל, נחשב את הכוח המגנטי. שעון:

מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/campo-magnetico-uniforme.htm