07.01.03 – චුම්භක ක්ෂේත්‍ර ප්‍රායෝගික භාවිත

0
409

Brain bridge වර්ණාවලිමානය

  • නිදර්ශන කුටිය තුළ තබා ඇති ආරෝපිත අංශු V විභව අන්තරය හරහා ත්වරණය වී ඉහළ වේගයක් ලබා ගනියි.
  • එම කොටස අංශු ත්වරකයයි.
  • එහිදී අඩුවන විභව ශක්තිය = වැඩි වන චාලක ශක්තිය යයි සලකා, සලකන ලද අංශුන් ලබා ගන්නා ප්‍රවේගය දල වශයෙන් ලබා ගත හැක.

VQ =\frac12mu^2

u    = \sqrt{\frac{2VQ}m}\\

  • වේග නිර්ණකය තුළ ලම්භක දිශාවලට විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් හා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තබා ගත හැක.
  • එය තුලින් සෘජුව ගමන් කළ හැක්කේ නිශ්චිත ප්‍රවේගයක් ඇති අංශුන්ට පමණි.
  • අනෙක් අංශුන් අපගමනය වී ඉවත් වේ.

ඉහළට චුම්භක බලය = පහලට චුම්භක බලය එනම්,

Fm  =  Fe

B1Qu = E1Q

u =\frac{E_1}{B_1}\\

  • නිශ්චිත ප්‍රවේගයක් සහිතව අංශු අනාවරකය තුළට ඇතුළු වන ආරෝපිත අංශු එහි ඇති චුම්භක ක්ෂේත්‍රය නිසා වෘත්තාකාර පථයක ගමන්කර ඡායාරූප පටලයක් මත බැඳි සංවේදනයක් ඇති කරයි.
  • එම ලක්ෂ්‍යයට ඇති දුර x මැන්න විට වෘත්ත පථයේ අරය ලබා ගත හැක.

r = \frac x2\\


\frac{mu}{BQ}=\frac x2\\

\frac mQ=\frac{Bx}{2u}\\
  • බොහෝ විට අංශු ලබා ගන්නා ආරෝපණය ඉලෙක්ට්‍රෝනයේ ආරෝපණයට සමාන වීය හැකි බැවින් ත්වරණය වූ අංශුවේ ස්කන්ධය නිර්ණය කළ හැක

චක්‍රීය අංශු ත්වරණය (සයික්ලෝට්‍රෝනය)

  • ආරෝපිත අංශුවලට ඉතා විශාල ප්‍රවේගයක් ලබා දීමට මෙය යොදා ගනී.
  • මෙම උපකරණයෙන් සිදු කරන්නේ එකම විභව අන්තරයක් තුලින් ආරෝපණය නැවත නැවත ගමන් කිරීමට සලස්වා විශාල චාලක ශක්තියක් ලබා දීමයි.
  • D හැඩති ලෝහ කුහර දෙකක් හරහා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇති කර එම කුහර දෙක අතර විභව අන්තරයක් සපයා ඇත.
  • එවිට එම කුහර අතර විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් පවතී.
  • ආරෝපිත අංශුන් එම කුහර අතරට නිදහස් කළ විට ක්ෂේත්‍රය දිගේ ගමන් කර ප්‍රවේගය වැඩි කර ගනිමින් කුහරය තුළට ඇතුළු වේ.
  • එම ප්‍රදේශයේ ඇති චුම්භක ක්ෂේත්‍රය නිසා අර්ධ වෘත්තාකාර පථයක චලිත වී නැවත විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය සහිත ප්‍රදේශයට ඇතුළු වේ.
  • එසේ ඇතුළු වන කාලය තුලදී ලබා දී ඇති විභව අන්තරයේ ධ්‍රැවීයතාවය මාරු කරන බැවින් නැවත ආරෝපණය ත්වරණය වේ.
  • මෙලෙස ආරෝපණය විශාල වාර ගණනක් විභව අන්තරය යටතේ ත්වරණය වී විශාල ප්‍රවේගයක් ලබා ගනියි.

අංශුව වරක් V විභව අන්තරයක් හරහා ගමන් කළ විට ලැබෙන ප්‍රවේගය

VQ=\frac12mu^2\\

u= \sqrt{\frac{2VQ}m}\\

එම නිසා n වාරයක් වි.අන්තරය හරහා ගමන් කළ විට ලබාගන්නා ප්‍රවේගය

nVQ=\frac12mu^2\\

u=\frac{2nVQ}{m}

  • ආරෝපනය එක් වටයක් ගමන් ගන්නා විට එක් කුහරයක ධ්‍රැවීයතාවය සම්පූර්ණ වක්‍රයක් වන පරිදි (+) හෝ (-) ලෙස මාරු වේ.
  • එම නිසා කුහර අතරට ලබා දිය යුතු  ප්‍රත්‍යවර්ත විභව අන්තරයක් කාලාවර්ථය  ආරෝපණය එක්වටයක් යාමට ගතවන කාලයට සමාන වේ.

T=\frac{2\pi m}{BQ}\\

f=\frac{BQ}{2\pi m}

  • මෙය සයික්ලොට්‍රෝනයේ සංඛ්‍යතය නම් වේ.
  • ආරෝපන කුහරය තුල පවතින විටදී ඒවාට විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයන් ක්‍රියා නොකරයි.
  • එම නිසා කුහර තුල පවතින විට සිදුවන ධ්‍රැවීයතා මාරු වීම ආරෝපනයේ චලිතයට බලපෑමක් ඇති නොකරයි.
  • ආරෝපනයේ ශක්තිය වැඩිවන්නේ කුහර අතර ඇති විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර තුලින් ගමන් ගන්නා විට පමණි.
  • චුම්බක ක්ෂේත්‍රය මගින් සිදු කරන්නේ අරෝපනය නැවත නැවත හරවමින් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රය තුලට යොමු කිරීමකි.
  • චුම්බක ක්ෂේත්‍රය ආනත දිශාවක් ඔස්සේ ආරෝපනයක් ප්‍රක්ෂේපණය කල විට එහි ප්‍රවේගයේ ක්ෂේත්‍රයට ලම්බක සං‍රචකය නිසා ආරෝපනය මත චුම්බක බලයක් හට ගනියි.
  • එම බලය මගින් ආරෝපනය වෘත්තාකාර මාර්ගයක ගෙනයයි.
  • ක්ෂේත්‍රයට සමාන්‍තර ප්‍රවේග සං‍රචකය මගින් වෘත්තයේ යන අංශුව ඉදිරියට චලනය කරයි.
  • එම චලිත 2හි සං‍යුක්තය ලෙස අංශුව සර්පිලාකාර පථයක ගමන් කරයි.

සර්පිලාකාර පථයේ අරය=\frac{mu\;s\mathrm{in}\left(\theta\right)}{BQ}

එක් වටයක් යාමට කාලය T=\frac{2m\pi}{BQ}

එක් වටයක් යන විට ඉදිරියට යන දුර හෙවත් අන්තරාලය=u\cos\left(\theta\right)\times\frac{2\pi m}{BQ}

  • මෙවැනි සර්පිලාකාර චලිතයකට උදාහරණයක් ලෙස චුම්භක බෝතලය දැකිය හැක.
  • චුම්භක බෝතලය යනු රික්ත කුටීරයක් තුළ පවත්වා ගන්නා චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකි.
  • එහි මධ්‍ය ප්‍රදේශයට වඩා දෙපස වැඩි  ස්‍රාව ඝනත්වය පවත්වා ගනී.
  • න්‍යෂ්ටික විලයන ප්‍රතික්‍රියා සඳහා මෙය භාවිතා වේ.
  • ප්‍රතික්‍රියක න්‍යෂ්ටි මෙම ක්ෂේත්‍රයට ආනතව ප්‍රක්ෂේපණය කළ විට ඒවා සර්පිලාකාර මාර්ගවල ඔබමොබ චලිත වෙමින් අවකාශයේ රැඳී පවතී.
  • මෙම න්‍යෂ්ටි වලට ලේසර් කදම්බ ඉලක්ක කර අවශ්‍ය තරම් උෂ්ණත්වය වැඩි කළ විට න්‍යෂ්ටි විලයනය සිදු වේ.
  • දෙපස ස්‍රාව ඝනත්වය වැඩි වන නිසා දෙකෙලවරදී සර්පිලයේ අරය කුඩා වේ.
  • තවද දෙපසදී චුම්භක බලයේ තිරස් සංරචකය නිසා ආරෝපණ නැවත හැරී මධ්‍ය ප්‍රදේශයට ගමන් කරයි.

හෝල් ආචරණය

  • චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකට ලම්භකව තබා ඇති සන්නායක කොටසක් තුලින් ධාරාවක් ගලායන විට ධාරාවේ දිශාවටත් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවටත් යන දිශා දෙකටම ලම්භකව සන්නායක කොටස හරහා විභව අන්තරයක් ඇති වේ.
  • මෙය හෝල් ආචරණයයි.
  • චුම්භක ක්ෂේත්‍රය තුළ ඇති ලෝහ සන්නායක කොටස සලකූ විට ධාරාවේ දිශාවට විරුද්ධ දිශාවට e ගලයි.
  • එවිට ඉලෙක්ට්‍රෝන මත ඇති චුම්බක බල නිසා ඒවා එක් පසෙකට තල්ලු වේ.එවිට එම අන්තය(-) ලෙසද අනෙක් අන්තය(+) ලෙසද සකස් වී විභව අන්තරයක් ඇතිවේ.
  • දෙපස ආරෝපණ වෙන්වීම නිසා (+) සිට (-) දෙසට ගතික විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් නිසා තවදුරටත් ගමන් ගන්නා ඉලෙක්ට්‍රෝන මත චුම්බක බලයට අමතරව විද්‍යුත් බලයක්ද හට ගනියි.
  • එම බල සමතුලිත වූ විට සන්නායක කොටස දෙපස අනවරත විභව අන්තරයක් පවතී.
  • එම විභව අන්තරය හෝල් වෝල්ටීයතාවය නම් වේ.

අනවරත අවස්ථාවට පත්වූ පසු ඉලෙක්ට්‍රෝන මත බල සැලකීමෙන්,

 Fm =  Fe

EQ = BQu                   u යනු e වල මධ්‍යන්‍ය ප්ලවිත ප්‍රවේගය වේ

\frac vd=\frac{BI}{nedt}

Vh  = \frac{BI}{net}

  • මෙම විභව අන්තරය හෝල් වෝල්ටීයතාවයයි.
  • t යනු චුම්භක ක්ෂේත්‍රයේ දිශාවට මනින ලද සන්නායක කොටසේ ඝනකමයි. n යනු ඒකක පරිමාවක ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණනයි. (ඉලෙක්ට්‍රොන ඝනත්වය)
  • ඉහත සලකන ලද සන්නායක කොටස තුලින් (+) ආරෝපිත ධාරාවාහකයක් ගමන් කළේ නම් පහළ පෘෂ්ඨයට (+) විභවයක් ද ඉහළ පෘෂ්ඨයට (-) විභවයක්ද ලැබේ.
  • මේ නිසා සන්නායක කොටස තුළ පවතින ධාරා වාහක වර්ගය හඳුනා ගැනීමට හෝල් ආචරණය යොදා ගත හැක.
  • n හා p වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක කොටස් වෙන් කර ගැනීමටද ඉහත ක්‍රමය වැදගත් වේ.
  • චුම්භක ස්‍රාව ඝනත්වය මැනීමේ උපකරණය නිර්මාණයටද හෝල් ආචරණය යොදා ගනියි.
  • අනෙක් සාධක දන්නා විට සන්නායක කොටස් හරහා VH එයට ලම්භක B ට සමානුපාතික බැවින් V­H ඇසුරින් B නිර්ණය කළ හැක.

අනෙක් සාධක නියත විට

B\propto V_H

V =\frac{BI}{net}

මෙසේම සන්නායක කොටස හරහා VH මැන ගැනීමෙන් ඒ හරහා ගලායන ධාරාව නිර්ණය කල හැකි නිසා ධාරාව මැනීමේ උපකරණ නිර්මාණය කල හැක.

VH=\frac{BI}{net}

VH  \propto   I

යම් ලෝහ වර්ගයක ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝණත්වය සෙවීමටද හෝල් ආචරණය යොදා ගත හැක.

Results

#1. ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් හා ප්‍රෝටෝනයක් සමාන රේඛීය ගම්‍යතා සහිතව ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුලට ලම්භකව ඇතුළු වේ. පහත ප්‍රකාශ අතුරින් සත්‍ය වනුයේ?

#2. ඉලෙක්ට්‍රෝන දෙකක් ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක බලපෑම යටතේ වෘත්තාකාර පථවල ගමන් කරයි. R1 හා R2 අතර අනුපාතය 1:3 නම්, ඒවායේ වේග අතර අනුපාතය V1/V2 වන්නේ?

#3. ස්‍රාව ඝනත්වය B වන ඒකාකාර තිරස් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක Q විශාලත්වයකින් යුතු ප්‍රතිවිරුද්ධ ආරෝපණ දරන ස්කන්ධය m බැගින් වන ආරෝපිත අංශු 2 ක් ආසන්නයේ තබා රූපයේ පරිදි සමාන වේග වලින් ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශා ඔස්සේ ක්ෂේත්‍රයට ලම්භකව ප්‍රක්ෂේපනය කරයි. ඒවා ගැටීමට ගතවන කාලය සොයන්න.

#4. පහත රූපයේ දැක්වෙන්නේ තලය තුළට පවතින ඒකාකාර චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළින් ප්‍රෝටෝනයක (p), නියුට්‍රෝනයක (n), ඉලෙක්ට්‍රෝනයක (e) ගමන් මාර්ග වේ. මේවා අතුරින් විය නොහැක්කේ?

#5. රූපයේ පරිදි d පරතරයකින් ඇති සමාන්තර තහඩු 2 ක් අතර තලයට ලම්භක චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් ඇත. Q ආරෝපණයක් ඇති අංශුවක් k චාලක ශක්තියකින් යුතු ව x තහඩුවේ ඇති සිදුරකින් ක්ෂේත්‍රයට ලම්භකව ඇතුළු වේ. Y තහඩුවේ ගෑවී නොගෑවී එම Q ආරෝපණය උත්ක්‍රමනය වීම සඳහා චුම්භක ශ්‍රාව ඝනත්වය B විය යුත්තේ?
(m = අරෝපණයේ ස්කන්ධය, ගුරුත්වාකර්ෂණ ක්ෂේත්‍රයේ බලපෑම නොසලකා හරින්න.)

finish

ඔබේ අදහස් හා ප්‍රශ්න ඇතුළත් කරන්න.