השדה המגנטי›השדה המגנטי בקרבת תיל, במרכז כריכה ובסילונית

מתכננים מכשיר דמוי גלוונומטר טנגנטי לשימוש במעבדה בבית הספר.

מצפן מונח במרכז לוח אופקי. שתי מערכות של כריכות מעגליות (שהמצפן נמצא במרכזן המשותף) מאונכות ללוח. שתי המערכות מקבילות זו לזו ומישוריהן בכיוון צפון–דרום (ראו תרשים 1).

מערכת כריכות 1 — רדיוס R_1=0.15m, מספר הכריכות N_1=10, הזרם i_1 ניתן לשינוי בגודלו ובמגמתו; המעגל החשמלי השולט על הזרם במערכת כריכות 1 מוצג בתרשים 1

מערכת כריכות 2 — רדיוס R_2=0.10m, מספר הכריכות N_2=10; במערכת זו עובר זרם קבוע בגודלו ובמגמתו i_2

הכיוון החיובי עבור שני הזרמים נקבע ככיוון מגמת הזרם i_2; כיוון הזרם i_2 במערכת כריכות 2 מסומן בתרשים 2

[תרשים 3, נקרא מן הגרף] קו המגמה של tan θ כתלות ב-i_1: קו ישר מ-(i_1=-0.75, tanθ=0) עד (i_1=0.25, tanθ=1.4); ציר tanθ (האנך) עובר בפועל ב-i_1=0 בדיוק

תרשים 1 — סלילים ומעגל, בפרספקטיבה. שתי טבעות מקבילות (עיגולים) מיוצגות כשלד תלת-ממדי, האחת («מערכת כריכות 2», הקטנה, פנימית) והשנייה («מערכת כריכות 1», הגדולה, חיצונית, עם חץ המצב

תרשים 2 — מבט על טבעת בודדת (מערכת כריכות 2) המונחת אלכסונית (בפרספקטיבה קלה) על משטח אפור; קו מקווקו אופקי עם חץ בקצהו הימני מסומן «צפון», עובר במרכז הטבעת. מעל הטבעת, בקצה השמאלי

תרשים 3 — גרף tan θ כתלות בזרם i_1(A). הציר האנכי tan θ מסומן בערכים 0,0.2,0.4,...,1.4 (קווי רשת בכל 0.2, עם קווי רשת דקים נוספים בכל 0.1 הנראים ברקע). הציר האופקי i_1(A) מסומן באר

שני איורי מצפן במבט־על לבחירת א(1): בכל איור קו מקווקו עם חץ ימני «צפון» ומחט (חצי מוצלל, חצי לבן) שראשיתה על הקו. «a»: הקצה המוצלל מוטה כלפי מעלה־ימינה (סטייה נגד כיוון השעון מן ה

שלושה איורי מצפן במבט־על לבחירת א(2), מודפסים e, d, c משמאל לימין: «e» — סטייה מזערית (המחט כמעט על קו הצפון, הקצה המוצלל לימין). «d» — הקצה המוצלל מוטה כלפי מטה־ימינה (עם כיוון הש

סעיף א

(1) במקרה ראשון, במערכת כריכות 1 לא זורם זרם, ובמערכת כריכות 2 זורם זרם i_2 שכיוונו מתואר בתרשים 2. קבעו איזה מן האיורים (a או b) מתאר במבט-על את כיוון סטיית המצפן המוצב במרכז הכריכות. (2) במקרה שני, נוסף על הזרם העובר במערכת כריכות 2, עובר במערכת כריכות 1 זרם i_1=-i_2 (זרם שעוצמתו שווה בגודלה ל-i_2 במגמה הפוכה). קבעו איזה מן האיורים (c,d,e) מתאר במבט-על את כיוון סטיית המצפן במקרה זה. נמקו את קביעתכם.

סעיף ב

תלמידים ערכו ניסוי במכשיר המתואר בתרשים 1. הם שינו כמה פעמים את הזרם i_1 (הזורם במערכת כריכות 1) ומדדו בכל פעם את זווית סטיית המצפן מן הצפון, θ. התלמידים סרטטו גרף של tan θ כתלות בזרם i_1. קו המגמה של גרף זה מתואר בתרשים 3.

סעיף ב. (1) הראו כי עבור נקודת החיתוך של קו המגמה עם הציר האופקי מתקיים הקשר: |i_1|/i_2 = R_1/R_2 . (2) חשבו את גודל הזרם i_2 .

סעיף ג

היעזרו בגרף שבתרשים 3 וחשבו את גודל הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ, B_E∥, באזור ביצוע הניסוי.

סעיף ד

במכשיר שבתרשים 1, מסובבים את מערכת כריכות 2 ב-90° כך שהשדה המגנטי הנוצר על ידי הזרם הוא בכיוון צפון. מערכת כריכות 1 נותרה ללא שינוי, כך ששתי המערכות מאונכות זו לזו.

סעיף ד. סרטטו את תרשים השדות המגנטיים הפועלים על מחט המצפן במצב זה, וסמנו בתרשים את זווית סטיית מחט המצפן מן הצפון.

סעיף ה

משנים את הזרם i_1 כך שטנגנס זווית סטיית המחט שווה ל-1.4. חשבו את גודל הזרם i_1 במצב זה.

שאלות ותגובות על השאלה

🎓 לא הבנתם משהו? קבלו הסבר נוסף ממרצה

שאלו כאן — ותקבלו מענה מוסמך.

🎓 מרצה עונה כאן — תקבלו מענה מקצועי

לתרגל עוד שאלות — חינם ←