کانال رسمی فیزیکفا در تلگرام

فیزیک یازدهممغناطیس

نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی و تعیین جهت آن با قاعده دست راست

نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی :

ph11 s3 force magnetic 00 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

آزمایش نشان می دهد که اگر ذره باردار q با سرعت v در میدان مغناطیسی B حرکت کند به شرطی که جهت حرکت ان با میدان مغناطیسی موازی نباشد، بر آن نیرویی وارد خواهد شد که بر راستای سرعت و میدان مغناطیسی عمود است. اندازه نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار الکتریکی متحرک در میدان مغناطیسی از رابطه زیر بدست می آید :

ph11 s3 force magnetic 01 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

که در این رابطه q بارالکتریکی ذره بر حسب C (کولن) و v اندازه سرعت ذره بر حسب m/s (متر بر ثانیه) و B اندازه میدان مغناطیسی بر حسب T (تسلا) و θ زاویه بین v و B بر حسب درجه است.

با توجه به مقدار سینوس در زاویه های صفر و ۱۸۰ درجه که برابر صفر می باشد، در صورتی که جهت حرکت ذره و راستای میدان موازی باشند، نیرویی به ذره باردار از طرف میدان مغناطیسی وارد نمی شود. و در صورتی که جهت سرعت ذره بر راستای میدان عمود باشد، نیروی مغناطیسی بیشینه می شود.

ph11 s3 force magnetic 02 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

که می توان B را از رابطه زیر بدست آورد :

ph11 s3 force magnetic 03 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

که از نظر یکایی، تسلا برابر می شود با :

ph11 s3 force magnetic 04 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

چون یک آمپر برابر است با یک کولن بر ثانیه.

تسلا یکای بزرگی است و در برخی موارد از یکای قدیمی و کوچکتری به نام گاوس (با نماد G ) استفاده می کنیم به طوری که :

ph11 s3 force magnetic 05 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

اندازه میدان مغناطیسی زمین در نزدیکی سطح زمین که در قطب ها مقدار بیشینه خود را دارد برابر (۰٫۶۵ G) و در استوا مقدار کمینه برابر (۰٫۲۵ G) است.

برای تعیین جهت نیروی مغناطیسی از قاعده دست راست استفاده می کنیم که در ویدیوی زیر می توانید این روش را بیاموزید:

مثال ۱: ذره ای با بار q=5µC با سرعت v در جهتی حرکت می کند که با میدان مغناطیسی یکنواخت به بزرگی ۰٫۰۴ تسلا زاویه ۳۰ درجه می سازد. اگر بزرگی نیروی مغناطیسی وارد بر این ذره برابر با ۴×۱۰ نیوتون باشد، بزرگی سرعت را محاسبه کنید.

حل مثال ۱:

ph11 s3 force magnetic 06 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

مثال ۲: دو ذره هنگام عبور از میدان مغناطیسی برون سو، مسیرهایی مطابق شکل روبرو می پیمایند. درباره نوع بار هر ذره چه می توان گفت ؟

ph11 s3 force magnetic 07 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسیحل مثال ۲: جهت سرعت ذره خط مماس بر مسیر در نقطه شروع مسیر است . جهت انحراف ذره ، جهت نیروی وارد شده بر ذره است طوری که نیرو باید عمود بر سرعت باشد. مانند شکل زیر :

ph11 s3 force magnetic 08 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسیبا توجه به نیروهای رسم شده در شکل و قاعدع دست راست ، میبینیم که از قاعدع دست راست پیروی نمی کند، بلکه با دست چپ می توان این بردارها را توجیه کرد بنابراین بار ذره ۱ منفی است.

برای ذره ۲ چون انحرافی در مسیر حرکت نمی بینیم، ذره بدون بار (خنثی) است.

مثال ۳: پروتونی با سرعت ۴×۱۰۶ متر بر ثانیه مطابق شکل در میدان مغناطیسی یکنواختی به بزرگی ۲۰ میلی تسلا در حرکت است. بزرگی و جهت نیروی مغناطیسی وارد بر پروتون را تعیین کنید.

ph11 s3 force magnetic 09 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

حل مثال ۳: جهت نیروی مغناطیسی با استفاده از قاعده دست راست، به سمت بیرون صفحه است.

ph11 s3 force magnetic 12 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسیمثال ۴:  یون مثبتی مطابق شکل روبرو به فضای بین صفحه های خازن مسطحی پرتاب می شود.

ph11 s3 force magnetic 10 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

الف) جهت نیروی الکتریکی وارد بر این یون را رسم کنید.

ب) میدان مغناطیسی یکنواخت B باید در چه جهتی اثر کند تا نیروی مغناطیسی وارد بر یون بر خلاف جهت نیروی الکتریکی باشد؟

حل مثال ۴: الف) از فصل ۱ می دانیم که اگر بار مثبت باشد، نیروی الکتریکی و میدان الکتریکی هم جهت هستند و اگر بار منفی باشد، نیروی الکتریکی و میدان الکتریکی خلاف جهت هم هستند. میدان الکتریکی بین دو صفحه خازن از صفحه مثبت به سمت صفحه منفی است. بنابراین جهت نیروی الکتریکی هم جهت با آن و در جهت پایین است.

ب) نیروی مغناطیسی وارد بر یون مثبت باید خلاف جهت نیروی الکتریکی یعنی به سمت بالا باشد، که با توجه به جهت سرعت یون و قاعده دست راست، جهت میدان مغناطیسی به سمت داخل صفحه (درون سو) است.

ph11 s3 force magnetic 11 نیروی مغناطیسی وارد بر ذره باردار متحرک در میدان مغناطیسی

 

 

برچسب ها

کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

مطالب مشابه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
بستن