جواب فعالیت ۳-۵ صفحه ۱۰۰ فیزیک (2) - ریاضی فیزیک

هدف آزمایش: نشان دادن شکل خط‌های میدان مغناطیسی اطراف سیم بلند، حلقهٔ دایره‌ای و سیملولهٔ حامل جریان با کمک برادهٔ آهن.

وسایل لازم:

• یک ورقه مقوای سخت یا صفحهٔ پلاستیکی نازک (به اندازهٔ تقریبی ۲۰ در ۲۰ سانتی‌متر) با سوراخی در وسط برای عبور سیم
• سیم مسی بلند و عایق‌دار، یک حلقهٔ سیم و یک سیملولهٔ کوچک (چند دور سیم پیچیده روی لولهٔ مقوایی)
• یک باتری یا منبع تغذیهٔ مستقیم، یک کلید و یک مقاومت متغیر یا چند مقاومت برای تنظیم جریان
• آمپرسنج برای کنترل جریان
• مقداری برادهٔ آهن و یک قاشق کوچک یا الک ریز
• سیم‌های رابط

مراحل آزمایش:

۱. آزمایش اول (سیم بلند): ورقهٔ مقوا را افقی قرار دهید و سیم بلند را از سوراخ وسط آن عمودی عبور دهید، طوری که از صفحه بگذرد. دو سر سیم را از طریق کلید، آمپرسنج و مقاومت به منبع وصل کنید. کلید را ببندید و جریان را روی مقدار کم (مثلاً چند آمپر) تنظیم کنید. برادهٔ آهن را به‌آرامی و یکنواخت دور سیم بریزید و ورقه را با انگشت به‌آرامی ضربه بزنید تا براده‌ها جابه‌جا شوند. انتظار دارید براده‌ها حلقه‌های هم‌مرکز اطراف سیم بسازند. کلید را باز کنید.

۲. آزمایش دوم (حلقهٔ دایره‌ای): همین ورقه را با همان روش آماده کنید، ولی این بار حلقهٔ سیم را روی صفحه قرار دهید، طوری که مرکز حلقه روی سوراخ باشد و دو سر حلقه به منبع وصل شود. پس از ریختن برادهٔ آهن و ضربه زدن، انتظار دارید براده‌ها در داخل حلقه به هم نزدیک‌تر و الگوی خط‌ها در آنجا متراکم‌تر باشد. در بیرون حلقه خط‌ها پراکنده‌ترند و شبیه الگوی آهنربای تخت دایره‌ای می‌شوند.

۳. آزمایش سوم (سیملوله): سیملوله را به‌صورت عمودی یا افقی روی صفحه قرار دهید و دو سر آن را به منبع وصل کنید. برادهٔ آهن بریزید و ضربه بزنید. انتظار دارید خط‌های میدان داخل سیملوله تقریباً موازی و نزدیک به هم باشند و در بیرون آن پراکنده شوند، شبیه الگوی آهنربای میله‌ای.

نکات ایمنی: جریان را بیش از مقدار مجاز سیم یا منبع بالا نبرید. کلید را فقط هنگام مشاهده ببندید و بعد از هر آزمایش باز کنید تا سیم داغ نشود. از اتصال کوتاه پرهیز کنید.

نتیجه‌گیری: با مقایسهٔ الگوی برادهٔ آهن خود با شکل‌های الف، ب و پ کتاب، باید ببینید که:

• اطراف سیم بلند خط‌ها دایره‌هایی هم‌مرکز هستند.
• در حلقهٔ دایره‌ای، میدان در داخل حلقه قوی‌تر است.
• در سیملوله، میدان داخل آن تقریباً یکنواخت و در بیرون ضعیف‌تر است.

توجه: مقدارهای جریان و الگوی دقیق براده‌ها ممکن است در آزمایش شما کمی متفاوت باشد؛ مهم این است که شکل کلی خط‌ها با شکل‌های کتاب یکسان باشد.