جواب فعالیت صفحه ۷۶ فیزیک (2) - تجربی

این فعالیت یک طراحی آزمایش است، پس باید خودمان آزمایش را طراحی کنیم و بنویسیم چه کار می‌کنیم و چه چیزی را باید اندازه بگیریم. نتیجهٔ آزمایش شما ممکن است کمی با مقدارهای زیر فرق کند.

هدف: اندازه‌گیری نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان در میدان مغناطیسی

وسیله‌های موردنیاز: آهنربای نعلی‌شکل، سیم مسی ضخیم (یا سیم راست رسانا)، باتری، سیم رابط، کلید، ترازوی دیجیتال با دقت \(0/01\,\text{g}\)، پایه و گیره، نخ

مراحل طراحی آزمایش:

۱. آهنربای نعلی‌شکل را روی ترازوی دیجیتال قرار دهید و ترازو را صفر کنید (تارا کنید). جرم آهنربا را یادداشت نکنید؛ فقط صفر بودن ترازو را نگه دارید.

۲. سیم مسی را به‌صورت افقی و طوری قرار دهید که از میان فضای بین دو قطب آهنربا عبور کند، بدون اینکه به قطب‌ها بچسبد. سیم را با نخ به پایه ببندید تا آزاد نباشد و بتوانید آن را ثابت نگه دارید.

۳. مدار را طبق شکل الف آزمایش ۳ـ۲ ببندید: سیم را به باتری و کلید وصل کنید. وقتی کلید باز است، جریانی از سیم نمی‌گذرد.

۴. ترازو را دوباره صفر کنید و سپس کلید را ببندید تا جریان از سیم بگذرد. به ترازو نگاه کنید: به دلیل نیروی مغناطیسی، عددی که نشان می‌دهد تغییر می‌کند. این تغییر جرم، با تقسیم بر \(g\) (شتاب گرانش) نیروی وارد بر سیم را به دست می‌دهد.

۵. جهت جریان را با جابه‌جا کردن سرهای باتری عوض کنید و مرحلهٔ ۴ را تکرار کنید. مشاهده می‌کنید که جهت نیرو هم عوض می‌شود.

۶. برای بررسی عامل‌های مؤثر، جریان را تغییر دهید (مثلاً با افزودن باتری یا تغییر مقاومت) و هر بار نیرو را یادداشت کنید؛ سپس طول بخشی از سیم را که در میدان قرار دارد تغییر دهید و نتیجه را ثبت کنید.

نمونهٔ جدول نتیجه (مقدارهای زیر نمونه‌اند؛ اندازه‌گیری شما ممکن است کمی فرق کند):

با توجه به جدول، نیرو با جریان و طول سیم متناسب است، که با رابطهٔ \(F=I\ell B\sin\theta\) (رابطهٔ ۳ـ۳) هم‌خوانی دارد.

نتیجه: نیروی مغناطیسی وارد بر سیم حامل جریان با جریان، طول سیم در میدان و سینوس زاویهٔ بین سیم و میدان متناسب است و جهت آن با تغییر جهت جریان عوض می‌شود.