07.01.01 – ආරෝපණයක් මත චුම්භක බලය

0
392

චුම්භක ක්ෂේත්‍ර

  • ස්කන්ධ අතර ඇතිවන බල ගුරුත්වාකර්ෂණ බලද , නිශ්චල ආරෝපණ අතර විද්‍යුත් බලද හටගනී.
  • චලිත වන ආරෝපණයක් නිසා ඇති වන චුම්භක ධ්‍රැව අතර චුම්භක බල හටගනී.
  • ආරෝපණයක් වෘත්තාකාර මාර්ගයක චලනය වන විට එහි අක්ෂය දිගේ උත්තර ධ්‍රැව හා දක්ෂිණ ධ්‍රැව ලෙස චුම්භක ධ්‍රැව ඇති වේ.
  • චුම්භක ධ්‍රැව කිසි විටෙකත් එක් ධ්‍රැවයක් ලෙස හට නො ගනී.
  • ඒවා හටගන්නේද පවතින්නේද ද්විධ්‍රැව ලෙසිනි.

Co , Ni , Fe වැනි මූලද්‍රව්‍ය වල අණුක චුම්භක ධ්‍රැව පවතී.

අණුක චුම්භක ධ්‍රැව එක දිශාවකට පවතින සේ සකස් කර ගැනීමෙන් ස්ථිර චුම්භක සදා ගත හැක.

  • Fe , Co , Ni වැනි අණුක චුම්භක ධ්‍රැව සහිත කොටසක් ස්ථිර චුම්භකයකට ලං කළ විට එහි ඇති අණුක චුම්භක ධ්‍රැව ද තාවකාලිකව එම දිශාවට ම යොමු වී චුම්භකයක් ලෙස සකස් වේ.
  • එබැවින් චුම්භකයට ආකර්ෂණය වේ.
  • මෙසේ තාවකාලිකව සකස් වන චුම්භක ධ්‍රැව සමහර ද්‍රව්‍ය තුළ යම් කාලයක් රඳා පවතී. (Fe)
  • තවත් සමහර ද්‍රව්‍ය තුලදී බාහිර චුම්භකය ඉවත් කළ සැණින් චුම්භක ගුණය ඉවත් වේ. (මෘදු යකඩ)
  • සජාතීය චුම්භක ධ්‍රැව විකර්ෂණය වන අතර විජාතිය චුම්භක ධ්‍රැව ආකර්ෂණය වේ.
  • චුම්භක ධ්‍රැවයකින් තවත් චුම්භක ධ්‍රැවයක් මත බල ඇති කිරීමේ හැකියාව චුම්භක ධ්‍රැව ප්‍රබලතාව මගින් පෙන්නුම් කරයි.
  • චුම්භක ධ්‍රැව ප්‍රබලතාවයේ ඒකක Wb වේ.
  • චුම්භක ධ්‍රැව දෙකක් අතර ඇතිවන බලයද වර්ග ප්‍රතිලෝම නියමයට අනුකුල වේ.
  • ධ්‍රැව ප්‍රබලතාව m1 හා m2 වන චුම්භක ධ්‍රැව දෙකක් දුරින් ඇති විට බලය F නම් ,
F\propto\frac{m_1\;m_2}{r^2} \\F=\frac\mu{4\pi}\frac{m_1\;m_2}{r^2}

මෙහි \mu යනු මාධ්‍යයේ පාරගම්‍යතාවයි.

 \mu හි ඒකක Nm2 Wb-2   Hm-1 ( හෙන්රි මීටරයට)

රික්තයක පාරගම්‍යතාව (μ0) = 4\mathrm\pi\times  10-7 Hm-1

චුම්භක බල රේඛා

  • යම් චුම්භක ධ්‍රැවයක් අවට තබන ලද N ධ්‍රැවයක් වටා බල ක්‍රියා කරන දිශාව පෙන්වන පථය චුම්භක බල රේඛාවක් ලෙස හඳුන්වයි.
  • චුම්භක බල රේඛා , චුම්භකයට පිටතදී N ධ්‍රැවයෙන් ඉවතටත් S ධ්‍රැවය වෙතටත් පවතී.
  • චුම්භකය තුළ දී S සිට N ට පවතී.
  • මේවා චක්‍රීයව ඇතිවන බල වේ.
  • යම් පෘෂ්ඨයකට ලම්භකව පවතින චුම්භක බල රේඛා සංඛ්‍යාව පෘෂ්ඨය හරහා ඇති චුම්භක ස්‍රාවය නම් වේ.
  • චුම්භක ස්‍රාවය රඳා පවතින්නේ එම බල රේඛා ඇති කරන ධ්‍රැවයේ ප්‍රබලතාවය මත පමණි.
  • එම නිසා චුම්භක ස්‍රාවයේ ඒකක ද Wb (වෙබර්) වේ.
  • ඒකක වර්ගඵලයකට ලම්භකව පවතින චුම්භක ස්‍රාවය , ස්‍රාව ඝනත්වය නම් වේ.

චුම්භක ස්‍රාව ඝනත්වය(B) හි ඒකක = Wb m-2 = T (ටෙස්ලා)

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ චලිත වන ආරෝපණයක් මත බලය

  • ස්‍රාව ඝනත්වය B වූ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයකට θ කෝණයකින් ආනතව V ප්‍රවේගයකින් චලිත වන q ආරෝපණයක් මත ක්‍රියා කරන බලය F = Bqv sinθ මගින් ලැබේ.
  • ආරෝපණය චුම්බක ක්ෂේත්‍රයට සමාන්තරව යන විට θහි අගය ශුන්‍ය වන නිසා sin θ ද ශුන්‍ය වේ. එවිට ආරෝපණය මත ක්‍රියා කරන බලය ද ශුන්‍ය වේ. ආරෝපණය චුම්බක ක්ෂේත්‍රයට ලම්බකව චලිත වන විට එය මත ක්‍රියා කරන බලය උපරිම වන අතර එහි අගය F = Bqv මගින් ලැබේ.
  • මෙම අවස්ථාවේදී බලයේ දිශාව සොයා ගන්නේ ෆ්ලෙමින්ගේ වමත් නීතිය මගිනි. මෙහි දී (+) ආරෝපණයක චලිත දිශාව සන්නායකයක ධාරාවේ දිශාව ලෙසත් (-) ආරෝපණයක චලිත දිශාව ධාරාවට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාව ලෙසත් සලකනු ලැබේ.
  • ස්‍රාව ඝනත්වය B වූ චුම්බක ක්ෂේත්‍රයකට ලම්බකව V ප්‍රවේගයකින් එම ක්ෂේත්‍රයට ඇතුළු වන ප්‍රෝටෝනයක් සලකමු.
  • එය ක්ෂේත්‍රයට ඇතුළු වන විටම ප්‍රවේගයට ලම්බකව බලයක් ඇති වේ.
  • එම නිසා එය රූපයේ පරිදි අර්ධ වෘත්තාකාර කොටසක් සම්පූර්ණ කර චුම්බක ක්ෂේත්‍රයෙන් පිටතට V ප්‍රවේගයෙන්ම පැමිණේ.
  • මෙහි දී ප්‍රෝටෝනයට වෘත්ත චලිතයේ යෙදීමට අවශ්‍ය කේන්ද්‍රාභිසාරී බලය ලබා දෙන්නේ එය මත ඇති වන චුම්බක බලය මගිනි.
  • ප්‍රෝටෝනයේ ස්කන්ධය m ද, ආරෝපණය q ද, එය ගමන් ගන්නා වෘත්තාකාර මාර්ගයේ අරය r ලෙස ද ගනිමු.
  • ප්‍රෝටෝනය මත චුම්බක බලය   = BqV
  • ප්‍රෝටෝනය මත කෙන්ද්‍රභිසාරි බලය = \frac{m\;V^2}r
BqV=\frac{m\;v^2}r \\r=\frac{mV}{Bq}
  • ප්‍රොටෝනය ගමන් ගන්නා වෘත්තාකාර මාර්ගයේ අරය මෙමගින් ලැබේ.
  • ඉහත ආකාරයටම V ප්‍රවේගයකින් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් චුම්බක ක්ෂේත්‍රයට ඇතුළු වුවහොත් එය මත බලය ක්‍රියා කරන්නේ ප්‍රොටෝනයට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවටය.
  • එම නිසා එය ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට හැරී අර්ධ වෘත්තාකාර මාර්ගයක ගොස් එම ප්‍රවේගයෙන්ම ක්ෂේත්‍රයෙන් එලියට යයි.

චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක චලනය වන ආරෝපණයක පථය

චුම්භක ක්ෂේත්‍රයක් තුළ ක්ෂේත්‍රයට ලම්භකව Q ආරෝපණයක් u ප්‍රවේගයෙන් චලිත වන විට ඇති වන බලය,

F = BQu

  • ආරෝපණයක් මත බලයේ දිශාව සෙවීමට ප්ලේමින්ගේ වමත් නියමය යෙදිය හැක.
  • මෙවිට ධන ආරෝපණයක චලිත දිශාව ධන දිශාව ලෙස සැලකේ.
  • ආරෝපිත අංශුවක් චුම්භක ක්ෂේත්‍රයකට ලම්භකව චලිත වන විට ප්‍රවේගයේ දිශාවට ලම්භකව බලය ඇති වන නිසා එම අංශු වෘත්තාකාර පථයක චලිත වේ.
  • මෙහිදී අංශු මත ක්‍රියා කරන චුම්භක බලය කේන්ද්‍ර අභිසාරී බලය ලෙස පවතී.
  • එවැනි අංශුවක් චලිත වන වෘත්තයේ අරය සඳහා ප්‍රකාශනයක් ගත හැක.

F = ma

BQu=\frac{mu^2}r

r=\frac{mu}{BQ}

වෘත්තයේ එක් වටයක් චලිත වීමට ගත වන කාලය චලිත වන වේගය හා වෘත්තයේ අරයෙන් ස්වායත්ත වේ.

එනම් වේගය වැඩි වන විට කාලයෙහි අඩු වීමක් නොවන අතර ඊට අනුව අරය වැඩි වීමක් සිදු වේ.

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.