נתונה מערכת למדידת המסה של גופים קטנים (מאזני זרם). המערכת מורכבת מסילונית שהאורך שלה הוא L ומספר הכריכות שלה הוא N, לוחית מבודדת מלבנית שלאורך שלוש מצלעותיה צמוד תיל מוליך, מקור מתח אידיאלי ε, נגד משתנה R, מפסק S, מד-זרם אידיאלי, תילים מוליכים אידיאליים וכמה טבעות זהות עשויות חומר מבודד. באמצעות המערכת מבקשים למדוד את המסה של טבעת, m_0. מכניסים לתוך הסילונית חלק מן הלוחית שלאורך צלעותיה צמוד התיל, במצב שבו היא מאוזנת אופקית. את קצות התיל שצמוד ללוחית מחברים בטור לסילונית. הלוחית חופשית לנוע סביב הציר MN שעובר במרכזה, כמתואר בתרשים.
נתונה מערכת למדידת המסה של גופים קטנים (מאזני זרם). המערכת מורכבת מסילונית שהאורך שלה הוא L ומספר הכריכות שלה הוא N, לוחית מבודדת מלבנית שלאורך שלוש מצלעותיה צמוד תיל מוליך, מקור מתח אידיאלי ε, נגד משתנה R, מפסק S, מד-זרם אידיאלי, תילים מוליכים אידיאליים וכמה טבעות זהות עשויות חומר מבודד. באמצעות המערכת מבקשים למדוד את המסה של טבעת, m_0. מכניסים לתוך הסילונית חלק מן הלוחית שלאורך צלעותיה צמוד התיל, במצב שבו היא מאוזנת אופקית. את קצות התיל שצמוד ללוחית מחברים בטור לסילונית. הלוחית חופשית לנוע סביב הציר MN שעובר במרכזה, כמתואר בתרשים.
סילונית: אורך L, מספר כריכות N; מקור מתח אידיאלי ε; נגד משתנה R; מפסק S; מד-זרם אידיאלי; טבעות זהות עשויות חומר מבודד, כל אחת ממסה m_0 (הנעלמת)
לוחית מבודדת מלבנית, לאורך שלוש מצלעותיה צמוד תיל מוליך, חופשית לנוע סביב הציר MN שעובר במרכזה
במצב ההתחלתי המפסק S פתוח, לא זורם זרם במערכת, והלוחית מאוזנת אופקית
סוגרים את המפסק; על קטע התיל שאורכו ℓ_ab פועל כוח מגנטי F_B; מניחים טבעת אחת ובאמצעות R מאזנים בחזרה למצב אופקי; חוזרים על כך עבור מספר טבעות שונה בכל פעם
טבלת תוצאות: K=1..5, I(A)=4.0,5.0,6.5,7.5,8.5, I²(A²)=16.0,25.0,42.3,56.3,72.3 (נתון לפני חלק ג)
N=2500, L=25cm, ℓ_ab=2.8cm (נתון לפני חלק ה)
במצב ההתחלתי המפסק S פתוח, לא זורם זרם במערכת, והלוחית מאוזנת אופקית. סוגרים את המפסק, ועל קטע התיל המוליך המונח לרוחב הלוחית, שאורכו ℓ_ab (ראו תרשים), פועל כוח F_B שגורם ללוחית לצאת ממצבה המאוזן אופקית. מניחים טבעת אחת על קצה הלוחית שנמצא מחוץ לסילונית, ובאמצעות הנגד המשתנה משנים את עוצמת הזרם במעגל עד שהכוח המגנטי מאזן את הכוח שהטבעת מפעילה על הלוחית, והלוחית חוזרת למצב מאוזן אופקית.
סעיף א. קבעו מהו הכיוון של השדה המגנטי שנוצר בסילונית לאחר סגירת המפסק – משמאל לימין או מימין לשמאל.
חוזרים על המדידות כמה פעמים ובכל פעם מניחים על הלוחית טבעת נוספת, משנים את עוצמת הזרם עד לחזרת הלוחית למצב אופקי, ורושמים את עוצמת הזרם ואת ריבוע עוצמת הזרם. תוצאות הניסוי מוצגות בטבלה שלהלן.
סעיף ב. בטאו את הגודל של הכוח המגנטי F_B הפועל על קטע התיל ab, כפונקצייה של עוצמת הזרם I (השתמשו בפרמטרים I, N, L, ℓ_ab, μ_0).
בטאו את ריבוע עוצמת הזרם (I²) כפונקצייה של מספר הטבעות (K) שהונחו על הלוחית.
על פי התוצאות המוצגות בטבלה: (1) סרטטו דיאגרמת פיזור (נקודות במערכת צירים) של ריבוע עוצמת הזרם (I²) כפונקצייה של מספר הטבעות (K). (2) הוסיפו לדיאגרמת הפיזור את הישר המתאים לה ביותר (קו מגמה).
נתון: N=2500, L=25 cm, ℓ_ab=2.8 cm.
סעיף ה. על פי הערך של שיפוע הגרף, חשבו את המסה של טבעת, m_0.
הופכים את הקוטביות של מקור המתח.
סעיף ו. האם במצב זה אפשר להשתמש במערכת כדי למדוד מסה של גופים קטנים? נמקו את קביעתכם.
שאלות ותגובות על השאלה
🎓 לא הבנתם משהו? קבלו הסבר נוסף ממרצה
שאלו כאן — ותקבלו מענה מוסמך.