תלמידי פיזיקה הרכיבו מעגל חשמלי ובו מקור מתח, סילונית ארוכה, נגד, מד זרם אידיאלי A_1 ותילים אידיאליים. רדיוס הסילונית הוא r, אורכה L ומספר הליפופים בה הוא N. התלמידים הציבו טבעת מוליכה שרדיוסה R סביב הסילונית (R>r). הטבעת ממוקמת באמצע הסילונית, כך שציר הסילונית מאונך למישור הטבעת ועובר דרך מרכזה (ראו תרשים 1). ההתנגדות של הטבעת המוליכה זניחה.
תלמידי פיזיקה הרכיבו מעגל חשמלי ובו מקור מתח, סילונית ארוכה, נגד, מד זרם אידיאלי A_1 ותילים אידיאליים. רדיוס הסילונית הוא r, אורכה L ומספר הליפופים בה הוא N. התלמידים הציבו טבעת מוליכה שרדיוסה R סביב הסילונית (R>r). הטבעת ממוקמת באמצע הסילונית, כך שציר הסילונית מאונך למישור הטבעת ועובר דרך מרכזה (ראו תרשים 1). ההתנגדות של הטבעת המוליכה זניחה.
התלמידים חיברו לטבעת המוליכה מד זרם אידיאלי A_2 ונורה K בעלת התנגדות קבועה. בתרשים 2 שלפניכם מתוארת באופן איכותי עוצמת הזרם I_1 בסילונית כתלות בזמן. הכיוון החיובי של הזרם מוגדר עם כיוון מחוגי השעון. I_1(t)=I_0 sin(ωt) הוא הביטוי האלגברי המתאר את עוצמת הזרם I_1 כתלות בזמן.
R > r (הטבעת המוליכה גדולה מהסילונית ומוקפת אותה)
הכיוון החיובי של i_1 ו-i_2 מוגדר עם כיוון מגמת i_2 (המתואר בתרשים 2 בשאלה זו — לא להתבלבל עם i_2 של שאלה 4)
I_1(t) = I_0 sin(ωt)
ω = 314 s^-1 , I_0 = 2.42 A (נתון לסעיף ג)
רדיוס הסילונית r = 10 cm, צפיפות הליפופים N/L = 4000 m^-1 (נתון לסעיף ג)
רדיוס הטבעת R = 12 cm (נתון לסעיף ג)
ערך המתח הרשום על הנורה K הוא 3V
לפניכם טענה: "הנורה אינה דולקת, מאחר שהטבעת המוליכה אינה נמצאת בשדה המגנטי הנוצר בסילונית". קבעו אם הטענה נכונה או שגויה. נמקו את קביעתכם.
לפניכם ארבעה גרפים 1–4 המתארים עוצמת זרם כפונקצייה של זמן.
סעיף ב. קבעו איזה מן הגרפים מתאר בצורה הטובה ביותר את עוצמת הזרם I_2 בטבעת המוליכה כפונקצייה של הזמן. נמקו את קביעתכם בעזרת חוק פארדיי-לנץ.
נתון: ω=314 s^-1, I_0=2.42 A. רדיוס הסילונית הוא r=10 cm, וצפיפות הליפופים בה היא N/L=4000 m^-1. רדיוס הטבעת הוא R=12 cm. ערך המתח הרשום על הנורה K הוא 3V.
סעיף ג. הראו שהביטוי המתאר את ε_2,max, הכא"מ המושרה המרבי (המקסימלי) בטבעת המוליכה, הוא: ε_2,max = μ_0 N I_0 π r² ω / L
התלמידים רוצים שהמתח המרבי ε_2,max על הנורה יתאים לערך הרשום עליה. הם מצאו כי באמצעות הציוד שברשותם המתח ε_2,max קטן מדי. התלמידים הציעו שתי הצעות שונות כיצד להגדיל את המתח המרבי כך שיתאים לערך הרשום על הנורה. ההצעה הראשונה הייתה להגדיל את מספר הכריכות בטבעת המוליכה, N_טבעת, בלי לבצע שינויים נוספים.
סעיף ד. מצאו את מספר הכריכות N_טבעת הדרוש כדי להשיג את המטרה.
ההצעה השנייה הייתה להחליף את הסילונית בסילונית ארוכה אחרת בעלת אותה צפיפות ליפופים N/L, אך עם רדיוס r גדול יותר מרדיוס הטבעת R (הטבעת תימצא כולה בתוך הסילונית), בלי לבצע שינויים נוספים. התלמידים טענו שעבור רדיוס סילונית גדול מספיק, המתח על הנורה יתאים לערך הרשום עליה.
סעיף ה. הסבירו מדוע טענה זו אינה נכונה.
שאלות ותגובות על השאלה
🎓 לא הבנתם משהו? קבלו הסבר נוסף ממרצה
שאלו כאן — ותקבלו מענה מוסמך.