Mágnesek közötti erőhatás vizsgálata

Mágnesek közötti erőhatás vizsgálata összeállította: Szabó László lektorálta: Dr. Hevesi Imre

A mérés célkitűzései: A neodímium mágnesek közötti taszító erő nagyságának mérése a távolság függvényében. Az excel program adta lehetőségek megismerése, kihasználása a fizikai mérések során. Eszközszükséglet:

     

neodímium mágnesek digitális mérleg vonalzó távtartó Bunsen állvány dióval léc, cellux

1. ábra Kísérleti elrendezés

Balesetvédelmi figyel meztetés A neodímium mágnesek nagy erővel vonzzák egymást. A mágnesek közelítésekor vigyázz, hogy az ujjadat ne csípje össze a két mágnes! A mérés elméleti háttere Neodym szupermágneseket 1980-ban fedezték fel, ezek a legerősebb permanens mágnesek. Anyaguk a neodímiumon kívül, vasat és bórt is tartalmaz. Egészen magas, kb. 250 °C-os környezeti hőmérsékletig használhatók, de törékenyek, és korrodálnak. A törékenységükre jellemző, hogy már attól is elpattanhatnak, ha két mágnes egymáshoz csapódik az ellentétes pólusok közötti vonzás hatására. (Kísérletezés közben figyelj arra, hogy ne sérüljenek meg a mágnesek!) A környezeti korrózió ellen úgy védik a mágnest, hogy nikkelbevonattal látják el, ezért fényes kívülről a mágnes. Minden ki által jól ismert tény, hogy a mágneses kölcsönhatás, vonzásban és taszításban nyilvánul meg. Mi a mérés során a mágnesek taszító erejét fogjuk vizsgálni a távolság függvényében. Találkozhatunk olyan eszközökkel is, melyek a mágneses taszító erőt használják ki arra, hogy a gravitációs erőt legyőzve lebegtessenek tárgyakat (2. ábra).

A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal


2. ábra Földgolyó modell

A mágneses mező jelenlétét egyszerű kísérlettel szemléltethetjük: a mágnes köré vasreszeléket kell szórni.

3. ábra Mágneses mező szemléltetése

A 3. ábrán nagyon jól látható, hogy az ellentétes pólusok környékén hogyan hajlanak el a vasreszelékből álló vonalak. Az állandó mágnesek között ható erő kiszámítására nincs általános képlet, nagyon sok tényező befolyásolja a fellépő erőhatást. De ez az erő mérhető, megvizsgálható, hogy a mágnesek távolságával milyen kapcsolatban van.



A mérés menete

1. feladat Helyezd a két mágnest a fekete színű műanyag távtartón kijelölt helyre és ragaszd rá celluxszal. Arra figyelj, hogy elég szoros legyen a ragasztás, mérés közben ne tudjon a mágnes oldal irányban elmozdulni. Ezután a mágnest a távtartóval együtt helyezd rá a mérleg tetejére, rögzítsd a ragasztószalag segítségével (ha ezt elmulasztod, akkor a mérés közben a távtartó a mágnesek taszításának következtében lecsúszhat a mérlegről). Ezután a lécre kell felerősítened a két mágnest a ragaszó szalag segítségével. A felragasztásnál figyelj arra, hogy a lécen lévő mágnes az alatta elhelyezkedő mágnest taszítsa! A lécet rögzítsd a Bunsen-állványra! Ha bekapcsolod a mérleget és a mágnesek tengelyét egy egyenesbe hozod, akkor a mérleg segítségével megmérhetjük a fellépő taszító erőt. A mérlegek nem a test tömegét mérik, hanem a súlyukat, azaz a test által a mérlegre kifejtett nyomóerőt. Mivel a két mennyiség között egyenes arányosság van, és az arányossági tényező 9,81 (kerekítve 10), ha a tömeget kg-ban mérjük, ezért a mérleg által mutatott értékből a taszítóerő számértéke könnyen meghatározható. A mágnesek közötti távolságot a vonalzó segítségével mérheted meg, állítsd azt bele a távtartóban kialakított vájatba! Állítsd be úgy a vonalzót, hogy a mágnes tetejével egy magasságban egész cmben kifejezett érték legyen! Így a mágnesek távolsága mm pontossággal könnyen leolvasható lesz. Hozd a mágnesek tengelyét egy egyenesbe és mérd meg, hogyan változik a taszító erő nagysága a távolság függvényében! Töltsd ki az 1. táblázatot!

x (cm) Mérleg által mutatott érték (g) F (N)

9

8

7

x (cm) Mérleg által mutatott érték (g) F (N)

6

5

2,2

4,5

2

4

1,7

3,5

1,5

1. táblázat


3

2,7

2,5


Ábrázold az erő nagyságát a távolság függvényében!

1. grafikon

Milyen kapcsolat lehet az erő nagysága és a távolság között? ....................................................... .............................................................................................................................................................

2. feladat Ha az erő nagyságát a távolság hatványaként keressük, akkor a hatvány kitevője – n – grafikus módon meghatározható. A keresett összefüggést írjuk fel a következő módon: 𝐹 = 𝑘 ∙ 𝑥 𝑛. Vegyük mindkét oldal természetes alapú logaritmusát: ln(𝐹) = ln(𝑘 ∙ 𝑥 𝑛 ).



A logaritmus azonosságait felhasználva kapjuk: ln 𝐹 = ln 𝑘 + 𝑛 ∙ ln 𝑥. Ha ábrázoljuk az erő logaritmusát a távolság logaritmusának függvényében, akkor egy olyan egyenest kapunk, melynek meredeksége éppen a keresett n kitevő. A mérési eredményeidet felhasználva töltsd ki a 2. táblázatot! ln F ln x 2. táblázat

Ábrázold a táblázatod értékeit!

2. grafikon

Mekkora az egyenes meredeksége, azaz a keresett hatványkitevő? ............................................. .............................................................................................................................................................


Mágnesek közötti erőhatás vizsgálata

Recommend Documents