magnetycznych
(elektromagnetyzm)
na 10
Rozwi¹z
(elektromagnetyzm)
185 Substancje dziel¹ siê na takie, które oddzia³uj¹ z umieszczonym w po-
bli¿u magnesem (¿elazo, stal) i takie, które z magnesem nie oddzia³uj¹ (drewno, aluminium, srebro, z³oto, stop, z którego wykonuje siê monety).
186
a W pierwszym przypadku przed
p³aszczyzn¹ rysunku powstaje biegun
N, w drugim – biegun S.
N
S
b
N
S
S
N
c
187 Po³o¿enie styku przesuwaj¹cego siê po zwojach opornika zale¿y od ilo-
œci cieczy w zbiorniku. Od jego po³o¿enia zale¿y opór obwodu elektrycznego,
którego elementem jest elektromagnes. Jeœli zbiornik jest pe³ny, styk znajduje siê w dolnej czêœci opornika, przez obwód p³ynie pr¹d o du¿ym natê¿eniu, elektromagnes przyci¹ga mocno p³ytkê ¿elazn¹, dŸwignia wraz ze wskazówk¹ odchyla
siê w prawo (po³o¿enie F). Gdy iloœæ cieczy w zbiorniku maleje, styk, poruszaj¹cy siê po zwojach opornicy jest coraz wy¿ej, opór obwodu wzrasta, natê¿enie pr¹du maleje i p³ytka ¿elazna jest coraz s³abiej przyci¹gana, powoduj¹c coraz mniejsze odchylenie dŸwigni i wskazówki.
270
10
188
a
1. Si³a magnetyczna odchylaj¹ca drut dzia³a tylko na odcinek BC drutu,
bo ten odcinek znajduje siê w polu magnetycznym, którego linie s¹ do
niego prostopad³e.
2. Z regu³y pozwalaj¹cej wykryæ zwrot si³y magnetycznej wynika, ¿e
gdy si³a magnetyczna jest zwrócona w prawo, a pr¹d p³ynie za rysu-
nek, to linie pola magnetycznego musz¹ byæ zwrócone w górê, tzn.
dolny biegun magnesu jest biegunem pó³nocnym.
3. Na rys. 1. na odcinek BC drutu dzia³aj¹ si³y: ciê¿aru tego odcinka (po-
chodz¹ca od Ziemi) i dwie si³y sprê¿ystoœci (pochodz¹ce od pionowych
odcinków drutu). Na rys. 2. na odcinek BC dzia³aj¹ si³y: ciê¿aru tego
odcinka (Ÿród³o: Ziemia lub pole grawitacyjne Ziemi), magnetyczna
(Ÿród³o: pole magnetyczne magnesu) i si³y sprê¿ystoœci (Ÿród³o: odcin-
ki AB i CD drutu). Si³y te w ka¿dym przypadku równowa¿¹ siê, bo drut
w obu przypadkach pozostaje w spoczynku (I zasada dynamiki).
r
b S jest sum¹ obu (jednakowych) si³ sprê¿ysto-
œci (od dwóch kawa³ków drutu).
S
c Zmieni³by siê kierunek pr¹du w drucie i zwrot
linii pola magnetycznego. Z regu³y pozwalaj¹cej
S
wykryæ zwrot si³y magnetycznej wynika, ¿e
Fm
zwrot tej si³y nie ulegnie wówczas zmianie, wiêc
N
drut odchyli siê w tê sam¹ stronê.
mg
189
a Jeœli magnes spoczywa, pole magnetyczne wewn¹trz pierœcienia nie zmie-
nia siê, wiêc nie zachodzi zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Pr¹d w pie-
rœcieniu nie p³ynie, a pierœcieñ spoczywa.
b Jeœli zbli¿amy magnes do pierœcienia, pole magnetyczne wewn¹trz pier-
œcienia jest coraz silniejsze, wystêpuje zjawisko indukcji magnetycznej.
zbli amy
¿
biegun N
zbli amy
¿
biegun S
u
u
S
N
N
S
N
S
S
N
271
(elektromagnetyzm)
W pierœcieniu p³ynie pr¹d elektryczny o takim kierunku, by wytworzone przez
ten pr¹d pole magnetyczne odpycha³o zbli¿aj¹cy siê magnes.
Wskutek odpychania siê dwóch jednakowych biegunów w obu przypadkach
pierœcieñ odchyli siê w lewo. Kierunek ten zaznaczono na rysunku.
c Jeœli magnes odsuwamy od pierœcienia, pole magnetyczne wewn¹trz pierœ-
cienia jest coraz s³absze. W pierœcieniu p³ynie pr¹d elektryczny o takim kie-
runku, by wytworzone przez ten pr¹d pole magnetyczne przyci¹ga³o odda-
laj¹cy siê magnes. Kierunek pr¹du zaznaczono na rysunku.
oddalamy biegun N
oddalamy biegun S
u
u
N
S
N
S
S
N
S
N
Wskutek przyci¹gania siê ró¿noimiennych biegunów w obu przypadkach pier-
œcieñ odchyli siê w prawo.
190
a Gdy do pierœcienia zbli¿amy magnes zwrócony do niego dowolnym biegu-
nem, to pr¹d indukcyjny p³ynie w takim kierunku, ¿e po stronie magnesu
powstanie biegun jednoimienny (przeciwdzia³anie przysuwaniu). Wynika
z tego, ¿e w przypadku 1. magnesy indukowa³yby w pierœcieniu pr¹dy o prze-
ciwnych kierunkach i takich samych natê¿eniach. W efekcie w przypadku 1.
w pierœcieniu nie p³ynie pr¹d.
W przypadku 2. z tego samego powodu nie p³ynie pr¹d (po ka¿dej stronie pierœcienia powsta³by biegun S).
W przypadku 3. zbli¿anie ka¿dego magnesu powoduje, ¿e po stronie pierœcie-
nia zwróconej do nas powstaje ten sam biegun – pó³nocny. Zatem pr¹dy indu-
kowane w pierœcieniu przez ruch magnesów p³yn¹ w tym samym kierunku
(dodaj¹ siê). W pierœcieniu p³ynie pr¹d o kierunku przeciwnym do ruchu
wskazówek zegara (dla osoby patrz¹cej na rysunek).
b W przypadku 1' w pierœcieniu p³ynie pr¹d o kierunku przeciwnym do ru-
chu wskazówek zegara – ruch obu magnesów powoduje, ¿e po stronie pierœ-
cienia zwróconej do nas powstaje biegun N, a po stronie przeciwnej S.
272
10
W przypadku 2' w pierœcieniu p³ynie pr¹d o kierunku zgodnym z ruchem
wskazówek zegara – ruch obu magnesów powoduje powstanie bieguna S po
„naszej” stronie pierœcienia, a po przeciwnej bieguna N.
W przypadku 3' pr¹d nie p³ynie, bo magnesy indukowa³yby w pierœcieniu
pr¹dy o przeciwnych kierunkach i takich samych natê¿eniach.
c Pierœcieñ mo¿e siê wychyliæ z po³o¿enia równowagi tylko w tych przypad-
kach, w których p³ynie w nim pr¹d; nale¿y wiêc zaj¹æ siê przypadkami 3, 1' i
2'.
W przypadku 3. si³y dzia³aj¹ce na pierœcieñ od obu magnesów równowa¿¹ siê –
pierœcieñ nie wychyli siê z po³o¿enia równowagi. W przypadkach 1' i 2' pierœcieñ wychyli siê za rysunek, bo si³y pochodz¹ce od obu magnesów maj¹ takie zwroty –
zbli¿aj¹cy siê magnes odpycha pierœcieñ, a oddalaj¹cy siê przyci¹ga go.
191
a Gdy do koñca zwojnicy zbli¿amy magnes, powstaje w niej pr¹d indukcyjny
o takim kierunku, ¿e przy tym koñcu pojawia siê biegun N (przeciwdzia³anie
zbli¿aniu magnesu), wiêc pr¹d w obwodzie p³ynie tak, jak zaznaczono na ry-
sunku. Z kierunkiem pr¹du zwi¹zane s¹ takie bieguny, jak pokazuje rysunek.
b Z tego, co napisano w odpowiedzi a wynika, ¿e gdy zaczniemy zbli¿aæ ma-
N
S
gnes, przy lewym koñcu górnej zwojnicy powstaje biegun S.
Fakt ten jest równowa¿ny zbli¿aniu do pierœcienia magnesu zwróconego do
pierœcienia biegunem S. W pierœcieniu powstaje pr¹d indukcyjny o takim kie-
runku, ¿e jego pole magnetyczne przeciwdzia³a przyczynie, zatem po stronie
pierœcienia zwróconej do zwojnicy powstaje tak¿e biegun S. Bieguny jedno-
imienne odpychaj¹ siê, wiêc pierœcieñ zostaje chwilowo odepchniêty od gór-
nej zwojnicy (odchyli siê w lewo).
c Gdy oddalamy magnes od dolnej zwojnicy, pr¹d indukcyjny w obwodzie
ma przeciwny kierunek ni¿ poprzednio, wiêc bieguny zwojnic s¹ tak¿e prze-
273
(elektromagnetyzm)
ciwne. Gdy zaczynamy oddalaæ magnes, przy lewym
koñcu górnej zwojnicy w³aœnie powstaje biegun N.
Jest to równowa¿ne zbli¿aniu do pierœcienia magnesu,
zwróconego do niego biegunem N. Wtedy w pierœcie-
niu powstaje pr¹d indukcyjny o takim kierunku, ¿e po
S
N
stronie prawej pierœcienia tak¿e powstaje biegun N.
Bieguny jednoimienne odpychaj¹ siê, wiêc w tym
przypadku pierœcieñ tak¿e zostaje chwilowo ode-
pchniêty od górnej zwojnicy.
192
a
S
Gdy biegun N magnesu zbli¿a siê do zwojnicy
A, to pole magnetyczne w jej wnêtrzu staje siê co-
A
raz silniejsze. W zwojnicy indukuje siê pr¹d elek-
tryczny o takim kierunku, by od do³u powstawa³
N
biegun N, który odpycha zbli¿aj¹cy siê biegun N.
N
Równoczeœnie do zwojnicy B zbli¿a siê biegun S,
powoduje powstanie w jej górnej czêœci tak¿e bie-
S
guna S. Jak widaæ, pr¹d w obu zwojnicach p³ynie
S
w tê sam¹ stronê i ¿arówka mo¿e œwieciæ.
b Po miniêciu po³o¿enia pionowego, biegun N
B
zaczyna siê oddalaæ od zwojnicy A, co powoduje
N
zmianê kierunku pr¹du i biegunów magnetycz-
nych; to samo dzieje siê z biegunem S, który odda-
la siê od zwojnicy B dwa razy w czasie jednego
obrotu magnesu. Jeœli czêstotliwoœæ obrotu magnesu jest du¿a, to drucik
¿arówki nie zd¹¿y wystygn¹æ i ¿arówka stale œwieci.
Jest to przyk³ad pr¹dnicy.
193
a To by³by silnik, bo praca pr¹du elektrycznego zasilaj¹cego elektromagnesy
jest tu wykorzystana do zwiêkszenia energii kinetycznej poruszaj¹cego siê
magnesu sztabkowego. Jest to model silnika, u¿ywanego do zwiêkszania
szybkoœci poci¹gów, poruszaj¹cych siê na poduszkach magnetycznych.
b Odstêpy czasu musz¹ byæ coraz krótsze, bo magnes porusza siê ruchem
przyspieszonym.
274
10
194
z
14960 V
a
1 =
=68 ,
z = 68 z .
z
220 V
1
2
2
z
b
1
Przek³adnia wynosi
2 =
.
z
68
1
195 Z kierunku pr¹du w zwojnicach wynika, ¿e
a linie pola magnetycznego pomiêdzy
zwojnicami zwrócone s¹ za rysunek; z
regu³y pozwalaj¹cej wykryæ zwrot si³y
magnetycznej wynika, ¿e w przestrzeni
miêdzy zwojnicami zacznie dzia³aæ na
(1)
elektrony si³a zwrócona w dó³. Frag-
ment toru elektronów pomiêdzy zwoj-
(2)
nicami bêdzie ³ukiem okrêgu.
b Gdy elektrony min¹ ten obszar, bêd¹ siê poruszaæ po liniach prostych (1),
wówczas bowiem nie bêdzie na nie dzia³aæ si³a magnetyczna.
c Gdyby w zwojnicach p³yn¹³ silniejszy pr¹d wytwarza³by miêdzy zwojnica-
mi silniejsze pole magnetyczne; tor elektronów miêdzy zwojnicami by³by bar-
dziej zakrzywiony, elektrony odchyli³yby siê bardziej od pierwotnego kierun-
ku, a po wyjœciu z tego obszaru porusza³yby siê po innej prostej (2). Szybkoœæ elektronów nie uleg³aby zmianie – si³a magnetyczna zmienia tylko kierunek
prêdkoœci cz¹stki na³adowanej, bo jest ona prostopad³a do prêdkoœci cz¹stki.
d Zjawisko odchylania magnetycznego zosta³o zastosowane np. w oscylo-
skopie lub lampie kineskopowej telewizora.
196 Fale radiowe: radioodbiorniki, telewizory, radar, alarmy samochodowe,
tomografy rezonansu magnetycznego, telefony komórkowe, kuchenki mikrofalo-
we, diatermia.
Fale podczerwone: piloty telewizyjne, lampy do nagrzewania, noktowizory, opiekacze.
Fale widzialne: ¿arówki i inne urz¹dzenia do oœwietlania.
Fale ultrafioletowe: lampy kwarcowe, urz¹dzenia do sterylizacji.
Promieniowanie rentgenowskie: aparaty do przeœwietlania.
Promieniowanie gamma: bomba kobaltowa.
197 —
275