جواب آزمایش 3-4 صفحه 85 درس 3 فیزیک یازدهم تجربی (مغناطیس و القای الکترومغناطیسی)

بیایید با هم این آزمایش را تحلیل کنیم و ببینیم دقیقاً چه اتفاقی می‌افتد و چراییِ پشت هر مشاهده چیست:

۱ وارد کردن آهنربا به داخل سیملوله: وقتی یکی از قطب‌های آهنربا را به سیملوله نزدیک می‌کنی، در واقع داری میدان مغناطیسی عبوری از حلقه‌های سیملوله را تغییر می‌دهی. این تغییر در «شار مغناطیسی»، باعث ایجاد یک نیروی محرکه القایی و در نتیجه تولید یک جریان الکتریکی در مدار می‌شود. در این لحظه مشاهده می‌کنی که عقربه گالوانومتر منحرف می‌شود که نشان‌دهنده عبور جریان است.

2 خارج کردن آهنربا از سیملوله: با دور کردن آهنربا، دوباره شار مغناطیسی تغییر می‌کند (این بار کاهش می‌یابد). گالوانومتر مجدداً جریان را نشان می‌دهد، اما مشاهدات نشان می‌دهد که این بار عقربه در جهت مخالف دفعه قبل منحرف می‌شود! دلیل این اتفاق «قانون لنز» است؛ جریانی القا می‌شود که با تغییراتِ به وجود آورنده خودش مخالفت کند.

3 تکرار با قطب مخالف آهنربا:: اگر جای قطب‌های آهنربا را عوض کنی و آزمایش را تکرار کنی، تمام انحراف‌های عقربه گالوانومتر نسبت به حالت‌های قبل برعکس خواهد شد. این یعنی جهت خطوط میدان مغناطیسیِ وارد شده به سطح حلقه‌ها، در تعیین جهت جریان القایی نقش مستقیم دارد.

4 ثابت نگه داشتن آهنربا و حرکت دادن سیملوله: آیا نتیجه تغییری می‌کند؟ خیر. نتیجه کاملاً یکسان است. در پدیده القای الکترومغناطیسی، چیزی که اهمیت دارد حرکت نسبی بین آهنربا و سیملوله است. فرقی نمی‌کند کدام یک ثابت باشد و کدام یک حرکت کند؛ تا زمانی که شار مغناطیسی عبوری از مدار با گذشت زمان در حال تغییر باشد، جریانی در مدار القا خواهد شد. اگر هر دو ثابت باشند، هیچ تغییری در شار رخ نمی‌دهد و جریانی هم نخواهیم داشت.

برای اینکه بتوانی این پدیده را بهتر و عمیق‌تر درک کنی، یک شبیه‌ساز تعاملی برایت آماده کرده‌ام. در این شبیه‌ساز می‌توانی آهنربا را حرکت دهی، قطب‌های آن را برعکس کنی و تأثیر سرعت حرکت را روی انحراف عقربه ببینی. امتحانش کن و ببین چطور تغییرات شار با سرعت‌های مختلف، عقربه را به واکنش وامی‌دارد!