Sprawdzian Z Fizyki Dział Magnetyzm Odpowiedzi

Szukasz odpowiedzi do sprawdzianu z fizyki z działu magnetyzmu? Zanim przejdziemy do konkretnych rozwiązań, ważne jest zrozumienie, czym w ogóle jest magnetyzm i jak się go stosuje w praktyce.

Magnetyzm to zespół zjawisk fizycznych związanych z oddziaływaniem między poruszającymi się ładunkami elektrycznymi. Obejmuje on zarówno oddziaływania przyciągające, jak i odpychające. Wykorzystujemy go na co dzień w wielu urządzeniach, od prostych magnesów na lodówkę po zaawansowane technologie, takie jak rezonans magnetyczny (MRI) w medycynie. W elektronice, magnetyzm jest kluczowy dla działania silników elektrycznych, głośników, transformatorów i wielu innych.

Rozwiązywanie zadań z magnetyzmu - krok po kroku

Przygotowując się do sprawdzianu, warto skupić się na kilku kluczowych zagadnieniach. Poniżej znajdziesz przewodnik z przykładami, który pomoże Ci w zrozumieniu i rozwiązywaniu typowych zadań.

1. Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem

Prawo Ampère’a opisuje, jak prąd elektryczny generuje pole magnetyczne. Kluczowe jest zrozumienie, że im większy prąd, tym silniejsze pole. Kierunek pola magnetycznego wokół prostoliniowego przewodnika określamy za pomocą reguły prawej dłoni: jeśli kciuk prawej dłoni wskazuje kierunek przepływu prądu, to zagięte palce wskazują kierunek linii pola magnetycznego.

• Przykład: Oblicz indukcję magnetyczną w odległości 5 cm od długiego, prostoliniowego przewodnika, w którym płynie prąd o natężeniu 10 A.
• Rozwiązanie: Użyj wzoru B = (μ₀ * I) / (2 * π * r), gdzie B to indukcja magnetyczna, μ₀ to przenikalność magnetyczna próżni (4π * 10⁻⁷ T m/A), I to natężenie prądu, a r to odległość od przewodnika. Po podstawieniu wartości otrzymujemy B = (4π * 10⁻⁷ * 10) / (2 * π * 0.05) = 4 * 10⁻⁵ T.

2. Siła Lorentza

Siła Lorentza to siła działająca na ładunek poruszający się w polu magnetycznym. Jej kierunek jest prostopadły zarówno do kierunku prędkości ładunku, jak i do kierunku pola magnetycznego. Wartość siły zależy od wartości ładunku, prędkości, indukcji magnetycznej i kąta między wektorem prędkości a wektorem indukcji.

• Przykład: Elektron porusza się z prędkością 2 * 10⁶ m/s w polu magnetycznym o indukcji 0.5 T. Oblicz siłę Lorentza działającą na elektron, jeśli wektor prędkości jest prostopadły do wektora indukcji.
• Rozwiązanie: Użyj wzoru F = q * v * B * sin(α), gdzie F to siła Lorentza, q to wartość ładunku (dla elektronu -1.602 * 10⁻¹⁹ C), v to prędkość, B to indukcja magnetyczna, a α to kąt między wektorami (w tym przypadku 90 stopni, więc sin(α) = 1). Po podstawieniu wartości otrzymujemy F = (1.602 * 10⁻¹⁹) * (2 * 10⁶) * (0.5) * 1 = 1.602 * 10⁻¹³ N. Kierunek siły określamy, pamiętając o ujemnym ładunku elektronu – w tym przypadku zastosowanie reguły lewej dłoni (dla ładunków ujemnych) da nam prawidłowy kierunek siły.

3. Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya

Prawo indukcji Faradaya mówi o tym, że zmiana strumienia magnetycznego przepływającego przez obwód powoduje powstanie siły elektromotorycznej indukcji (SEM). Im szybciej zmienia się strumień, tym większa jest SEM. Prawo Lenza określa kierunek prądu indukcyjnego: prąd indukcyjny płynie w takim kierunku, że jego pole magnetyczne przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, która go wywołała.

• Przykład: Pętla przewodząca o powierzchni 0.1 m² znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0.2 T. Pole magnetyczne maleje do zera w ciągu 0.1 sekundy. Oblicz średnią wartość siły elektromotorycznej indukcji.
• Rozwiązanie: Użyj wzoru ε = -N * (ΔΦ / Δt), gdzie ε to SEM, N to liczba zwojów (w tym przypadku 1), ΔΦ to zmiana strumienia magnetycznego, a Δt to czas. Strumień magnetyczny Φ = B * A * cos(θ), gdzie A to powierzchnia pętli, a θ to kąt między wektorem indukcji a wektorem normalnym do powierzchni. Załóżmy, że pole jest prostopadłe do powierzchni, więc cos(θ) = 1. Zmiana strumienia ΔΦ = 0 - (0.2 * 0.1 * 1) = -0.02 Wb. Stąd ε = -1 * (-0.02 / 0.1) = 0.2 V.

4. Indukcyjność

Indukcyjność to właściwość obwodu elektrycznego polegająca na gromadzeniu energii w polu magnetycznym wytwarzanym przez przepływający prąd. Cewka to element obwodu o znacznej indukcyjności. Zmieniający się prąd w cewce indukuje w niej siłę elektromotoryczną.

• Przykład: Cewka ma indukcyjność 0.5 H. Oblicz SEM indukcji, jeśli prąd w cewce zmienia się od 2 A do 5 A w ciągu 0.2 sekundy.
• Rozwiązanie: Użyj wzoru ε = -L * (ΔI / Δt), gdzie ε to SEM, L to indukcyjność, ΔI to zmiana natężenia prądu, a Δt to czas. Zmiana natężenia ΔI = 5 A - 2 A = 3 A. Stąd ε = -0.5 * (3 / 0.2) = -7.5 V. Znak minus oznacza, że SEM przeciwdziała zmianie prądu.

Pamiętaj, aby dokładnie czytać treść zadań i zwracać uwagę na jednostki. Ćwiczenie rozwiązywania różnych typów zadań jest kluczem do sukcesu na sprawdzianie z fizyki.