پرسش ۹-۳ فیزیک یازدهم
دو میلهٔ فلزی بلند مطابق شکل روبهرو، درون سیملولهای که دور یک قوطی مقوایی پیچیده شده است قرار دارند. با بستن کلید و عبور جریان از این سیملوله، مشاهده میشود که دو میله از یکدیگر دور میشوند. وقتی کلید باز و جریان در مدار قطع میشود، میلهها به محل اولیه بازمیگردند.
الف) چرا با عبور جریان از پیچه، میلهها از یکدیگر دور میشوند؟
ب) با دلیل توضیح دهید میلههای فلزی از نظر مغناطیسی در کدام دسته قرار میگیرند.
پاسخ تشریحی و گام به گام پرسش ۹-۳ فیزیک یازدهم
سلام! این آزمایش یک روش هوشمندانه برای تشخیص نوع ماده از روی رفتار مغناطیسی آن است.
**الف) دلیل دور شدن میلهها از یکدیگر**
1. **ایجاد میدان مغناطیسی خارجی:** وقتی کلید بسته میشود، جریان الکتریکی از سیملوله عبور میکند. این سیملوله (سلونوئید) یک **میدان مغناطیسی قوی و یکنواخت** در فضای داخلی خود ایجاد میکند که جهت آن موازی با طول سیملوله است (مثلاً از چپ به راست).
2. **القای مغناطیسی در میلهها:** دو میله فلزی که درون این میدان قوی قرار گرفتهاند، خودشان تحت تأثیر **پدیده القای مغناطیسی**، تبدیل به آهنربا میشوند. یعنی هر دو میله مغناطیسی میشوند.
3. **ایجاد قطبهای همنام:** چون هر دو میله در یک میدان مغناطیسی یکسان و همجهت قرار دارند، هر دو به صورت **مشابه** مغناطیسی میشوند. یعنی اگر انتهای سمت راست میله بالایی قطب N شود، انتهای سمت راست میله پایینی نیز قطب N خواهد شد. به همین ترتیب، انتهای سمت چپ هر دو میله قطب S خواهد شد.
4. **نیروی دافعه:** حالا ما دو آهنربا داریم که در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند و **قطبهای همنامشان (N در کنار N و S در کنار S) روبروی هم** است. طبق قانون بنیادی مغناطیس، **قطبهای همنام یکدیگر را دفع میکنند.** این نیروی دافعه باعث میشود که دو میله از یکدیگر دور شوند.
**ب) تعیین دسته مغناطیسی میلهها**
برای پاسخ به این سوال، باید به دو بخش از توضیحات توجه کنیم:
1. میلهها با عبور جریان، مغناطیسی شده و **یکدیگر را دفع میکنند**.
2. وقتی جریان قطع میشود، آنها **خاصیت مغناطیسی خود را از دست داده** و به حالت اولیه بازمیگردند (یعنی اثر موقتی است).
حالا دستههای مواد مغناطیسی را مرور کنیم:
* **فرومغناطیس (مانند آهن، کبالت، نیکل):** به شدت جذب میدان مغناطیسی میشوند. اگر در میدان قرار گیرند، به شدت مغناطیسی شده و نیروی جاذبه قوی ایجاد میکنند. برخی از آنها (مانند فولاد) پس از حذف میدان نیز خاصیت مغناطیسی را حفظ میکنند (آهنربای دائمی).
* **پارامغناطیس (مانند آلومینیم، پلاتین):** به طور بسیار ضعیفی **جذب** میدان مغناطیسی میشوند. این خاصیت مغناطیسی موقتی است و با قطع میدان از بین میرود.
* **دیامغناطیس (مانند مس، بیسموت، آب):** به طور بسیار ضعیفی **دفع** میدان مغناطیسی میشوند. این خاصیت نیز موقتی است.
**تحلیل و نتیجهگیری:**
* مشاهده اصلی در این آزمایش، نیروی **دافعه** بین دو میله است. تنها دستهای از مواد که توسط میدان مغناطیسی دفع میشوند، مواد **دیامغناطیس** هستند.
* همچنین، این خاصیت موقتی است که با ویژگی مواد دیامغناطیس و پارامغناطیس سازگار است.
بنابراین، این میلههای فلزی به احتمال زیاد از یک ماده **دیامغناطیس** (مانند بیسموت یا مس) ساخته شدهاند. وقتی در میدان سیملوله قرار میگیرند، هر دو یک میدان مغناطیسی ضعیف در **خلاف جهت** میدان اصلی ایجاد میکنند که منجر به نیروی دافعه بین آنها میشود.
