Lorentz Kuvveti: Manyetik Alanda Hareketli Yük
1 · Tahmin Et
Yüklü bir parçacık düzgün bir manyetik alan bölgesinde hareket eder. Üzerindeki manyetik kuvvet parçacığın hızına mı yoksa sadece alan gücüne mi bağlıdır?
- Kuvvet hıza değil, yalnızca alan gücüne bağlıdır.
- Manyetik kuvvet basit bir şekilde her iki niceliğe de bağlı değildir.
- Kuvvet hem alan kuvvetine hem de parçacığın hızına bağlıdır; daha hızlı parçacıklar daha güçlü bir manyetik kuvvet hisseder.
2 · Kurulum
- qv-cross-b ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Saha bölgesi sabit bir Bz = 0.12 T'ye sahiptir; test ücreti q = 3×10⁻¹⁰ C'dir.
- Test şarjında kuvvet büyüklüğü okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için test yükünün hız bileşenlerini ayarlayın ve kuvvet büyüklüğünü kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Hız x bileşeni v_x (m/s) | Hız y bileşeni v_y (m/s) | Kuvvet büyüklüğü F (µN) |
|---|---|---|
| 200000.00 | 150000.00 | |
| 100000.00 | 200000.00 | |
| 300000.00 | 0.00 |
Üç deneyiniz için kuvvet büyüklüğü F'yi (y ekseni) hız |v| = √(v_x² + v_y²)'ye (x ekseni) göre çizin.
4 · Analiz et
- Bir deneme için |F|'yi hesaplayın. = |q|·|B|·|v|, q kullanarak = 3×10⁻¹⁰ C, B = 0.12 T, |v| = √(v_x² + v_y²). Tabloyla karşılaştırın.
- Manyetik kuvvetin büyüklüğünün neden parçacığın hızının yönüne değil de |v| toplam hızına bağlı olduğunu açıklayın; her ne kadar kuvvetin yönü parçacığın hangi yönde hareket ettiğine bağlı olsa da.
5 · Uzat
- Manyetik kuvvet her zaman hıza diktir (F = qv×B), yani bir parçacığın yönünü değiştirebilir ama hızını asla değiştirmez. Manyetik alanın neden tek başına yüklü bir parçacığı asla hızlandıramayacağını veya yavaşlatamayacağını, yalnızca onu yönlendirebileceğini açıklayın.
- Düzgün bir manyetik alana dik olarak hareket eden yüklü bir parçacık bir daire içinde hareket eder, çünkü manyetik kuvvet her zaman dairenin merkezine doğru yönelir. F = qvB'yi kullanarak aynı alanda daha hızlı bir parçacığın neden daha büyük bir daire çizdiğini açıklayın.
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Lorentz Kuvveti (Manyetik)
Bir manyetik alan B boyunca v hızıyla hareket eden bir q yükü, hem hızına hem de alana dik olan bir F = qv×B kuvvetine maruz kalır. Büyüklüğü |F| = |q||v||B| v B'ye dik olduğunda.