Sprawdź się
Znasz zapewne co najmniej jedną regułę określania zwrotu siły Lorentza działającej na poruszającą się cząstkę w polu magnetycznym. Są to reguły mnemotechniczne, których stosowanie związane jest z określonymi wadami.
- Trzeba zapamiętać, który palec (palce), której dłoni, jest przypisany do jednego z trzech wektorów w tej regule.
- Nie zawsze jest wygodnie ułożyć dłoń zgodnie z rysunkiem - czasem trzeba ją nieźle wykręcić - nierzadko zaburza to wynik.
- Na sprawdzianie często brakuje czasu na odłożenie długopisu i uruchomienie palców albo ręki.
- Nadmierne manipulowanie dłonią może podczas sprawdzianu wzbudzić podejrzenia o chęć porozumienia się z siedzącą obok osobą.
Tymczasem każdy człowiek jest obdarzony wyobraźnią przestrzenną, która odpowiednio wyćwiczona zastępuje użycie dłoni czy palców.
(b) Układ wektorów korzystny dla użycia prawej ręki
Spróbuj się nauczyć
1. Rozpoznaj płaszczyznę wyznaczoną przez prędkość i pole magnetyczne - to ta szara na rysunkach.
2. Uzupełnij sobie w wyobraźni obraz jeszcze jedną płaszczyzną - to ta jaśniejsza na rysunkach.
3. Wyobraź sobie taki obrót: wektor pola pozostaje nieruchomy a wektor prędkości chcesz jak najszybciej nałożyć na wektor pola.
4. Każdemu takiemu obrotowi przypisz zwrot siły i zapamiętaj to przypisanie. Jeśli chcesz korzystać z reguły śruby prawoskrętnej, to ją sobie wyobraź na chwilę.
Sprawdź, czy potrafisz
Przeanalizuj każdy schemat - czy przedstawia on siłę Lorentza działającą na cząstkę naładowaną dodatnio czy ujemnie?
Staraj się jak najmniej używać dłoni czy palców - wytęż wzrok i uruchom wyobraźnię.
Wskaż czynnik, który wystarczy zmienić na przeciwny, by uzyskać przepływ prądu indukcyjnego w tym obwodzie. Możliwe odpowiedzi: 1. Otworzyć obwód., 2. Wprawić obwód w ruch postępowy., 3. Zastąpić pole innym, niejednorodnym., 4. Wywołać zmianę w czasie indukcji lub kierunku jednorodnego pola magnetycznego.
a) Gdy bok ramki jest przesuwany, to ruch ładunku w obwodzie spowodowany jest przez siłę magnetyczną/elektryczną.
b) Gdy bok ramki jest nieruchomy, a zmienia się pole magnetyczne, to ruch ładunku w obwodzie spowodowany jest przez siłę magnetyczną/elektryczną.
Rozważ układ pokazany na rysunku. Ramka, której jeden bok można przesuwać znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym skierowanym prostopadle do powierzchni ramki, do nas.
W zdaniach poniżej wybierz właściwe zakończenia.
a) Gdy bok ramki jest przesuwany, to ruch ładunku w obwodzie spowodowany jest przez siłę {#magnetyczną}/{elektryczną}.
b) Gdy bok ramki jest nieruchomy, a zmienia się pole magnetyczne, to ruch ładunku w obwodzie spowodowany jest przez siłę {magnetyczną}/{#elektryczną}.
Wróćmy do omawianego w animacji metalowego pierścienia poruszającego się w polu magnetycznym. Niech teraz pierścień porusza się w polu jednorodnym, zgodnie z liniami pola. Czy w pierścieniu popłynie prąd? Wybierz odpowiedź na to pytanie wraz z uzasadnieniem.
W pierścieniu {popłynie} / {#nie popłynie} prąd
na elektrony działa siła magnetyczna w kierunku prostopadłym do przewodnika, na elektrony działa siła elektryczna, na elektrony nie działa ani siła magnetyczna ani siła elektryczna, na elektrony działa siła magnetyczna
ponieważ ..............................................................................................................................................................
Jeszcze raz pierścień poruszający się w jednorodnym polu magnetycznym. Ale tym razem pierścień przesuwany jest tak, że wektor prędkości tworzy stały, ostry kąt z liniami pola. Na rysunku poniżej przedstawiono, podobnie jak w animacji, poprzeczny przekrój pierścienia:
Czy w pierścieniu popłynie prąd? Wybierz odpowiedź na to pytanie wraz z uzasadnieniem.
W pierścieniu {popłynie} / {#nie popłynie} prąd
na elektrony nie działa ani siła magnetyczna ani siła elektryczna, na wszystkie elektrony działa siła magnetyczna o tym samym kierunku i zwrocie, przewodnik przecina linie pola magnetycznego, na wszystkie elektrony działa siła magnetyczna w kierunku prostopadłym do przewodnika, na elektrony działa siła elektryczna
ponieważ ..................................................................................................................................................................................
Metalowy pierścień umieszczono w pobliżu jednego z biegunów magnesu sztabkowego, jak pokazano na powyższym rysunku. Po wprawieniu pierścienia w ruch wokół osi symetrii, elektrony (oraz jony sieci krystalicznej) w pierścieniu poruszają się wraz z pierścieniem. Czy w takiej sytuacji popłynąłby prąd? Wybierz odpowiedź na to pytanie wraz z uzasadnieniem.
W pierścieniu {popłynie} / {#nie popłynie} prąd
na elektrony działa siła elektryczna, na wszystkie elektrony działa siła magnetyczna w kierunku prostopadłym do przewodnika, na elektrony nie działa ani siła magnetyczna ani siła elektryczna, na wszystkie elektrony działa siła magnetyczna o tym samym kierunku
ponieważ ..................................................................................................................................................................................
Wyobraź sobie plastikową tarczę z przytwierdzonymi równomiernie wzdłuż obwodu metalowymi kuleczkami. Tarcza osadzona jest poziomo na pionowej osi, tak że może swobodnie się obracać. Teraz metalowe kuleczki ładujemy - każdą takim samym ładunkiem dodatnim i umieszczamy całość pomiędzy cewkami Helmholtza (które, działając, wytwarzają jednorodne pole magnetyczne o wektorze indukcji skierowanym pionowo). Wybierz właściwe uzupełnienia zdania: Podczas włączania pola magnetycznego (zasilenia cewek Helmholtza)
Tarcza {#zacznie się obracać} / {pozostanie nieruchoma}
które oddziałując na naładowane kulki wytworzy niezerowy
moment siły, wprawiający tarczę w ruch., 3. na naładowane kulki działa siła elektryczna, ale skoro
wytworzone pole elektryczne jest jednorodne, to na tarczę
nie będzie działał żaden wypadkowy moment siły
pole magnetyczne nie działa na nieruchome ładunki., zmienne pole magnetyczne wytworzy wirowe pole elektryczne,
które oddziałując na naładowane kulki wytworzy niezerowy
moment siły, wprawiający tarczę w ruch., na naładowane kulki działa siła elektryczna, ale skoro
wytworzone pole elektryczne jest jednorodne, to na tarczę
nie będzie działał żaden wypadkowy moment siły
ponieważ ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Wybierz właściwą odpowiedź.
Kierunek prądu indukcyjnego, który powstanie w kołowym przewodniku, gdy będziesz oddalał ten przewodnik od bieguna północnego magnesu, będzie {#zgodny}/{przeciwny} z kierunkiem wskazówek zegara. (Patrzysz na przewodnik kołowy od strony magnesu.)
Rozważ ponownie układ pokazany na rysunku z Ćw. 1. i wybierz właściwą odpowiedź.
Ramka, której jeden bok można przesuwać znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym skierowanym prostopadle do powierzchni ramki, do nas. Przyczyną prądu indukcyjnego, który popłynie w ramce, gdy jej bok będziemy przesuwać w prawo, będzie działanie siły {#magnetycznej}/{elektrycznej} na swobodne elektrony. Kierunek prądu jest {#zgodny}/{przeciwny} do kierunku ruchu wskazówek zegara.