שדה מגנטי ותנועת חלקיק טעון בשדה מגנטי

מצגת בנושא: "שדה מגנטי ותנועת חלקיק טעון בשדה מגנטי"— תמליל מצגת:

1 שדה מגנטי ותנועת חלקיק טעון בשדה מגנטי
שדה מגנטי ותנועת חלקיק טעון בשדה מגנטי איליה וינוקור

2 קצת היסטוריה... האגדה מספרת על רוע צון בשם מגנוס ששם לב שמסמרים בנעליו נדבקים לאבן שחורה. האבן קיבל שם "אבן מגנוס" או מגנט. האבן התגדלת לראשונה באזור שנקרא מגנזיה שבשטח טורקיה החקר המדעי של המגנט התחיל ב מאה ה-13. כבר ידוע שלמגנט יש שהי קטבים שקיבלו שם קוטב צפוני וקוטב דרומי, שאי אפשר להפריד בין הקטבים , שמגנטים יכולים למשוך זה את זה ולדחות זה את זה. 1600 רופא אנגלי גילברט המשיך לחקור את התופעות המגנטיות: אפשר לחזק מגנטיות ע"י מוטות ברזל, אם מחמים מגנט, הוא מאבד את תכונותיו המגנטיים איליה וינוקור

3 קצת היסטוריה... 1820 פיזיקאי דני הנס קריסטיאן ארסטד גילה בזמן הרצאה במקרה את השפעת הזרם על המצפן.הוא המשיך את החקר והוכיח שמגנט מפעיל כוח על זרם חשמלי. 1826 פיזיקאי צרפתי אנדרה מארי אמפר מפתח את חוק שמכונה בשמו שקובע קשר מתמטי בין כוחות שמפעילים שני תיילים מקבילים נושאי זרם איליה וינוקור

4 המגנטיות של כדור הארץ לכדור הארץ שדה מגנטי, אחד ההסברים המקובלים הוא כי סיבוב כדה"א יוצר את השדה המגנטי שלו. לפי תיאוריה זו בליבה המותכת של כדה"א זורמים זרמים חשמליים מעגליים היוצרים שדה מגנטי הדומה לשדה המגנטי הנוצר על ידי זרם בסליל. כיוון השדה אינו קבוע, ממצאים גיאולוגיים מתברר כי כיוון השדה המגנטי של כדה"א השתנה 171 פעמים ב71 מליון השנים האחרונות. השדה המגנטי של כדה"א דומה לשדה המגנטי של מגנט מלבני המוטה ב11 מעלות ביחס לציר הסיבוב של כדה"א. ליבת כדה"א חמה מדי מכדי להיות מגנטית ולכן היא אינה הסיבה למגנטיות של כדה"א. החללית מרינר 2 מצאה כי לכוכב נוגה אין שדה מגנטי למרות שגודלו דומה לגודל כדה"א ולכן סביר כי ליבתו של נוגה דומה לליבת כדה"א. תדירות הסיבוב של נוגה היא אחת ל243 ימי ארץ, מהירות איטית מדי על מנת לחולל זרמים חשמליים שיצרו שדה מגנטי.  

5 השדה המגנטי השדה המגנטי – תכונה של מרחב שמפעילה כוח על זרמים או מטענים חשמליים נעים השדה המגנטי – ערך וקטורי שצריך להגדיר עבורו גודל וכיוון גודל של השדה המגנטי בדומה לשדה החשמלי מוגדר כיחס בין כוח שמגנט מפעיל על החלקיק הנע לבין מכלה של מטען החלקיק כפול מהירותו וכפול סינוס זווית בין כוח לבין המהירות איליה וינוקור

6 יחידת מדידה של עוצמת השדה המגנטי
עוצמת השדה המגנטי נמדד ביחידות Tesla (T) לפי נוסחה של עוצמה השדה המגנטי ניתן לקבל את היחידות דל B איליה וינוקור

7 קווי השדה המגנטי קו דמיוני שמשיק לו בכל נקודה מכוון בכיוון של וקטור של עוצמת השדה המגנטי

8 קווי שדה חשמלי

9 תכונות קווי שדה של מגנט קבוע
לכל מגנט יש שני קטבים – צפוני N ודרומי S קווי שדה מגנטי תמיד סגורים קווי שדה מגנטי מחוץ למגנט יוצאים מקוטב הצפוני ונכנסים בקוטב הדרומי. בתוך המגנט קווי שדה מגנטי מקוטב דרומי לצפוני. צפיפות קווי שדה=עוצמת השדה המגנטי איליה וינוקור

10 קשר בין זרם ומגנטיות זרם חשמלי יוצר מסביבו שדה מגנטי
עוצמה של השדה המגנטי קטנה, ככל שמרחק מהזרם גדל קשר בין כיוון הזרם וכיוון של השדה המגנטי נקבע לפי כלל יד ימין כפופה (כלל הבורג) איליה וינוקור

11 כיוונו של השדה המגנטי מתוך הדף אל תוך הדף I מציבים יד ימין כך, שאגודל מצביע על כיוון הזרם, ואז 4 אצבעות מכופפות מצביעות על כיוון של השדה המגנטי לחילופין: כאשר 4 אצבעות מכופפות מצביעות על כיוון הזרם, אז אגודל מצביע על כיוונו של השדה המגנטי איליה וינוקור

12 כיוון השדה המגנטי סביב תייל ישר נושא זרם

13 כיוון השדה המגנטי סביב כריכה מעגלית נושאת זרם

14 חישוב עוצמה השדה מגנטי של תיל ישר ארוך
r – מרחק מהתיל עד נקודה שדה מודדים את עוצמת השדה I – זרם חשמלי בתיל - פאראמביליות הריק (קבוע) I אל תוך הדף מתוך הדף I איליה וינוקור

15 חישוב עוצמה השדה מגנטי של כריכה מעגלית
R – רדיוס של כריכה N – כמות כריכות I – זרם חשמלי בכריכה - פרמיאביליות הריק (קבוע) איליה וינוקור

16 קווי שדה מגנטי של זרם

17 כוח שהשדה המגנטי מפעיל על מטען חשמלי נע
כלל יד ימין: שדה מגנטי נכנס לגב יד ימין. 4 אצבעות ישרות מצביעות על כיוון מהירות של חלקיק חיובי אגודל מצביע על כיוון כוח שפועל על מטען חיובי . כיוונו של כוח שיופעל על המטען שלילי – הפוך לכיוון האגודל. איליה וינוקור

18 דוגמה 1 + איליה וינוקור

19 דוגמה 1 + הכוח אל תוך הדף איליה וינוקור

20 דוגמה 2 + איליה וינוקור

21 דוגמה 2 + הכוח מתוך הדף איליה וינוקור

22 דוגמה 3 + איליה וינוקור

23 + השדה המגנטי לא מפעיל כוח על החלקיק דוגמה 3
איליה וינוקור

24 דוגמה 4 + איליה וינוקור

25 + מהירות אל תוך הדף. כוח שמפעיל השדה המגנטי על המטען החיובי למטה
דוגמה 4 + מהירות אל תוך הדף. כוח שמפעיל השדה המגנטי על המטען החיובי למטה איליה וינוקור

26 דוגמה 5 איליה וינוקור

27 הכוח שהשדה המגנטי מפעיל על מטען שלילי – מתוך הדף
דוגמה 5 הכוח שהשדה המגנטי מפעיל על מטען שלילי – מתוך הדף איליה וינוקור

28 צורת מסלול של חלקיק טעון בשדה מגנטי
צורת מסלול של חלקיק טעון בשדה מגנטי איליה וינוקור

29 כאשר מהירות לא מאונכת לכיוון של השדה המגנטי, החלקיק נע במסלול בורגי
דוגמה 6 כאשר מהירות לא מאונכת לכיוון של השדה המגנטי, החלקיק נע במסלול בורגי איליה וינוקור

30 כוח שמפעיל השדה המגנטי – כוח צנטריפיטלי
כוח שמפעיל השדה המגנטי תמיד מאונך לכיוון המהירות. התופעה מוכרת מתנועה מעגלית. לכן כוח שמפעיל השדה המגנטי על מטען חשמלי נע הוא כוח צנטריפיטלי שגורם לחלקיק לנוע בתנועה מעגלית . מפני שכוח מאונך למהירות, העבודה שהוא מבצע שווה לאפס. אם עבודה של כוח יחיד שווה לאפס, האנרגיה הקינטית של החלקיק לא משתנה. כלומר, אם כוח שמפעיל השדה המגנטי הוא כוח יחיד שפועל על החלקיק, אז מהירותו של החלקיק בכניסה וביציאה מהשדה המגנטי לא משתנה בגודל, אלא רק בכיוון. איליה וינוקור

31 מאיץ החלקיקים חלקיק משוחרר ממרכז המערכת. הוא מואץ ע"י שדה חשמלי במעבר בין ה-. Dלאחר מכן חלקיק נכנס לשדה מגנטי שלא מבצע עבודה (לא מאיץ), אך גורם לתנועה מעגלית.בכל מעבר מהירות גדלה וכתוצאה מזה רדיוס גדל. איליה וינוקור

32 בורר מהירויות וספקטרוגרף מסות
חלקיק חיובי נכנס לאיזור ששורר בו השדה המגנטי והשדה החשמלי. כיוונו של השדה החשמלי ימינה ושל השדה המגנטי מתוך הדף. הכוחות שמופעלים על החלקיק מסומנים בתרשים. כאשר הכוחות שמפעילים השדה החשמלי והשדה המגנטי שווים, אז החלקיק ינוע בקו ישר במהירות קבועה (החוק הראשון של ניוטון) איליה וינוקור

33 בורר מהירויות וספקטרוגרף מסות
בחלק התחתון של המערכת, החלקיקים שיש להם מהירות קבועה יידועה, נכנסים לאזור ששורר בו השדה המגנטי בלבד. לפי מדידה של רדיוס הסיבוב ניתן לחשב את ביחס בין מטען ומסה. איליה וינוקור

34 תיל נושא זרם בשדה מגנטי כאשר תיל ישר נושא זרם נמצא בשדה מגנטי, יפעל עליו כוח מגנטי שגודלו שווה ל גודל השדה המגנטי הזרם שעובר בתיל אורך הקטע הפעיל בשדה המגנטי הזווית בין כיוון הזרם לווקטור השדה המגנטי

35 כיוון של כוח אמפר כיוון הכוח ייקבע בעזרת יד ימין. אצבעות בכיוון הזרם
איליה וינוקור

36 מדידת השדה המגנטי בעזרת מאזני זרם
מאזני זרם, מאפשרים למדוד את העוצמה של שדה מגנטי בלתי ידוע.

37 מדידת השדה המגנטי בעזרת מאזני זרם
המכשיר בנוי בצורת מאזני כפות. בכף אחת זורם זרם, והכף נמצאת בשדה מגנטי. הכף השניה מאוזנת בעזרת משקולות סלנואיד- יוצר שדה מגנטי ציר עליו הכפות יכולות להסתובב בכף הזו יש תיל נושא זרם על הכף יונחו משקולות כדי לאזן את הכפות

38 כאשר הכח המגנטי מאוזן ע"י המשקולת בכף השניה, המאזניים מאזניים.
מדידת השדה המגנטי בעזרת מאזני זרם I w X X X X B W FM כאשר הכח המגנטי מאוזן ע"י המשקולת בכף השניה, המאזניים מאזניים.