manyetizma - Nihat Bilgin Yayıncılık
Transkript
manyetizma - Nihat Bilgin Yayıncılık
10. SINIF KONU ANLATIMLI 2. ÜNİTE: ELEKTRİK VE MANYETİZMA 4. Konu MANYETİZMA ETKİNLİK ve TEST ÇÖZÜMLERİ 2 Ünite 2 Elektrik ve Manyetizma 2. Ünite 4. Konu (Manyetizma) A’nın Çözümleri 3. 1. Manyetik kuvvetler, tıpkı kütle çekim ve elektrik kuvvetlerinde olduğu gibi uzaktan etki ederler. Küt lesi olan bir cismin kütle çekim alanı, yüklü bir cis min de elektrik alanı oluşturması gibi, bir mıknatıs ya da bir elektrik akımı çevresinde manyetik alan meydana getirir. Bu alan B ile gösterilir. Çubuk mıknatıs, U biçimli mıknatıs ve akım taşıyan telin her biri kendine özgü manyetik alan oluşturur. Manyetik kuvvetler ve manyetik alan vektörel olup, yönlü büyüklüklerdir. Küçük bir deneme yüküne etki eden kuvvetin ölçülmesiyle, elektriksel alan tespit edilir. Aynı şekilde demir tozlarının akım veya mıknatıs çev resinde nasıl kümelendiklerine bakılarak, mıkna tıs veya akımın oluşturduğu manyetik alan tespit edilir. Fakat burada tam bir benzerlik sözkonusu değildir. Deneme yükü elektrik alan nedeniyle bir doğru boyunca hızlanırken, bir demir tozu dönme hareketi yapar. B manyetik alanı demir tozlarının diziliş yönündedir. Manyetik alanın şiddeti ( B nin büyüklüğü) demir tozlarının çizgi yoğunluğu ile orantılıdır. Elektrik alanı, elektrik alan çizgileriyle temsil edildiği gibi, manyetik alan da manyetik alan çizgileriyle temsil edilir. Manyetik alan çizgileri mıknatısın N ucundan S ucuna doğrudur. Soruda verilen iki çubuk mıknatıs arasındaki manyetik alan çizgileri şekildeki gibidir. 4. Mıknatısın demir çubuğu çekme etkisi uçlarda en büyüktür. Mıknatısın orta kısmının çekme etkisi yoktur. Bu nedenle mıknatıs K ile gösterilen çubu ğu çeker. L ile gösterilen çubuğu çekmez. Nihat Bilgin Yayıncılık© 5. Manyetik alan çizgileri N den S ye doğrudur. Bu nedenle kutup isimleri şekildeki gibi olur. N S 6. 2. a b d c S Mıknatıs demir çubuğun içindeki atomları etkile yerek kutuplanmasını sağlar. Bu nedenle; demir çubuğun uç kısımları N, ortası ise S kutbu olur. N Manyetik kuvvet çizgisi üzerinde bir noktaya konu lan pusula iğnesi, bu noktada manyetik kuvvet çizgisine teğet konumunu alır. Kuvvet çizgisi, pusu lanın S kutbundan girip N kutbundan çıkacak yöndedir. Bu nedenle; a ucu N kutbudur, b ucu S kutbudur, d ucu N kutbudur, c ucu S kutbudur. MANYETİZMA B’nin Cevapları 1. manyetik alanın 2. Kuzey (N), Güney (S) 3. Şekil II 8. Bir pusula iğnesi yatay düzlemde olduğu kadar düşey düzlemde de dönebilecek biçimde yapılırsa, iğne yalnız ekvatora yakın yerlerde yeryüzeyine paraleldir. Kuzey kutba doğru götürdükçe pusu la iğnesi gittikçe yeryüzeyini gösterecek biçimde döner. Tam kuzey kutba varınca iğnenin N kutbu tam aşağıya yönelecektir. Aynı olaylar güney kutup için de geçerlidir. Fakat güney kutupda pusula iğnesinin yönü değişir. 9. Dünya’nın manyetik alan çizgileri, Dünya’nın derin liklerindeki bir çubuk mıknatısın oluşturabileceği bir alan desenine benzemektedir. Dünya’nın yüze yinin altındaki derin tabakalarda büyük miktarda demir filizi vardır, fakat yerin çekirdeğindeki yüksek sıcaklık demirin sürekli mıknatıslanmasını engeller. Dünya’nın manyetik alanının gerçek kaynağının merkezindeki yük taşıyan konveksiyon akımları olduğu sanılmaktadır. İçteki sıvıda dönen yüklü iyonlar ya da elektronlar, bir tel halkadaki akımın bir manyetik alan oluşturması gibi, bir manyetik alan oluşturabilirler. Bir gezegenin manyetik alan şiddetinin dönme hızına bağlı olduğunu belirten kuvvetli kanıtlar da vardır. Nihat Bilgin Yayıncılık© 7. Dem ir çiv in in Şek il II dek i mıknatıslanmasına etki ile mıknatıslanma denir. Demir çivinin mıknatısa yakın ucu (başı), mıknatısınki ile zıt tür den; uzak ucu, mıknatısınki ile aynı türden kutuplanır. Çivi bir mıknatıs gibi davranarak toplu iğneleri çeker. Mıkn at ıs uzaklaşt ır ılırs a, demir çivi mıknatıslığını yitirir. S N N S S N S N N S N S 4. 3 4 Ünite 2 Elektrik ve Manyetizma 5. 9. kuzey i N i S doğu N S güney 6. C’nin Cevapları 1. ( Y ) İki mıknatısın birbirine uyguladığı çekme kuv vetleri eşittir. 7. coğrafi kuzey kutup Nihat Bilgin Bilgin Yayıncılık© Yayıncılık© Nihat 2. ( Y ) Mıknatıs demir, nikel, kobalt ve bunların ala şımlarını çeker. Bu nedenle mıknatıs yalnız demir kaşık ve çivileri çeker. manyetik kutup pusula Pusula iğnesinin yönünü belirlemek için A nokta sında mıknatısın N kutbunun olduğunu düşünürüz. İtmeler ve çekmeler sonucunda Şekil I deki sonra Şekil II deki durum ortaya çıkar. 8. coğrafi kuzey kutup 3. ( Y ) Mıknatıslar birbirlerine hem itme hem de çek me kuvveti uygular. 4. ( D ) 5. ( Y ) Manyetik kutuplar bazı yönlerden elektrik yük lerine benzer şekilde davranırlar. Ancak elektrik yükleri yalıtılabildiği hâlde manyetik kutuplar yalıtı lamaz. 6. ( Y ) Mıknatıslar çevrelerinde manyetik alan oluştu rabilir. Ayrıca üzerlerinden akım geçen iletkenlerin çevrelerinde de manyetik alan oluşur. Dünya’nın, diğer gezegenlerin ve tüm gök cisimlerinin de bir manyetik alanı vardır. manyetik kutup 7. ( Y ) Manyetik alan çizgileri hem mıknatısın içinde, hem de dışında vardır. Mıknatısın içinde manyetik alan çizgileri S den N ye doğru, dışında ise N den S ye doğrudur. 8. ( Y ) Dünya’nın coğrafik ve manyetik kutupları çakışık değildir. Dünya’nın manyetik alanı, dön me ekseni ile yaklaşık 15° lik açı yapacak şekilde konulmuş çubuk mıknatısın manyetik alanı gibidir. 5 MANYETİZMA Test 1’in Çözümleri 1. Üstteki S kutbu, alttaki S kutbunu üsttekini F kuvvetiyle iterek den N ge sağlanıyor. S III. A mıknatısının K ucu S, B mıknatısının L ucu S olursa denge Şekil III teki gibi olur. Soru kıs mında C mıknatısı Şekil III teki gibi verilmedi ğinden III. önermeye doğrudur diyemeyiz. F Yanıt C dir. ip Mıknatıslardan birinin kütlesi m S ise T1 = 2mg olur. Diğer iki F N sistemde de aynı olay meydana 2mg geldiğinden; II. A mıknatısının K ucu S, B mıknatısının L ucu çok kuvvetli N olursa Şekil II deki gibi denge sağlanır. T1=2mg F kuvvetiyle itiyorsa, alttaki de 3. T1 = T2 = T3 = 2mg dir. Yanıt A dır. 2. N S α N S ip B N S N N C Şekil I Nihat Bilgin Yayıncılık© A Mıknatıslar demir, nikel ve kobalt gibi maddeleri çekme özelliği gösterir. Bu nedenle mıknatıs demir bilyeye önce şekildeki gibi mıknatıslık özelliği kazandırır. Zıt kutuplar birbirini çektiğinden çubuk mıknatıs bilye hâlindeki mıknatısı kendine çekerek α yapışır. A Yanıt B dir. B S S N N C Şekil II 4. S N α S A B S N SS S C 1 N S N 2 S N S N 3 Bir mıknatıs yüzlerce kere bölünse bile yine iki kutuplu yeni mıknatıslar elde edilir. Mıknatıs bölünmeden önce N ve S hangi tarafta duruyorsa, Şekil III bölünmeden sonra yine aynı tarafta dururlar. Şek le dikkat edildiğinde 1 ile gösterilen kutup S, 2 ile I. A mıknatısının K ucu N, B mıknatısının L ucu N olursa Şekil I deki gibi denge sağlanır. gösterilen kutup N, 3 ile gösterilen kutup S dir. Yanıt E dir. 6 Ünite 2 Elektrik ve Manyetizma 5. Aynı kutuplar birbirini iter, zıt kutuplar birbirini çeker. K da, mıknatıs saat ibresi yönünde döner. L deki mıknatıs da saat ibresi yönünde döner. M deki mıknatıs saat ibresinin tersi yönünde döner. N deki mıknatıs da saat ibrelerinin tersi yönünde döner. II pusula iğneleri hareket etmeyebilir. Ancak III numaralı iğne 180° dönerek ok doğrultusunu alır. Cevap E dir. 10. 1 Cevap A dır. 2 3 N 6. K L S S N S M S S Mıknatıslarda aynı kutuplar birbirini iteceğinden K ve M mıknatısları hızlanır. Mıknatısın N ucu pusula iğnesinin N ucunu 1 yönünde iter, mıknatısın S ucu pusula iğnesinin N ucunu 3 yönünde çeker. Bileşke 2 yönünde oldu ğundan pusula iğnesi 2 yönünde dengeye gelir. Cevap C dir. Cevap B dir. 7. Bir mıknatısın hangi bölgesinde parça kopartılırsa koparılsın her parçanın aynı tarafı aynı kutup olur. Parçaların zıt yöndeki tarafları da zıt kutup olur. Cevap B dir. 8. “Manyetik alan, ortam etkisi ile yalıtılamaz.” yargı sını kanıtlamak için değişik ortamlarda mıknatısın demir tozlarını çektiğini gözlemleyebiliriz. Bunun için en iyi yol; mıknatısın demir tozlarını boşlukta, hava ortamında ve su içinde çektiğini kanıtlamaktır. Cevap E dir. 9. N S N N I N S S N N N N S S S Şekil I Şekil II ağırlık yüzey Şekil III yatay (yer) Katı basıncı, nur. Şekil I deki mıknatısın basıncı P1 olarak verilmiş. Şekil II de S ucu N ucunu çektiği için basınç azala cak ve P1 > P2 olacaktır. Şekil III te N ucu N ucunu ittiği için basınç artacak ve P3 > P1 olacaktır. Pkatı = bağıntısıyla bulu Cevap E dir. II S N III S S Nihat Bilgin Yayıncılık© 11. doğrusu böyle olmalıdır Bir çubuk mıknatısın çevresindeki manyetik alan çizgileri şekildeki gibidir. Bu alan çizgileri içine bir pusula iğnesi konulduğunda iğnenin N ucu okun gösterdiği yönde dengeye gelir. Bu nedenle I ve 12. Mıknatısların aynı kutupları birbirini iter, zıt kutup ları birbirine çeker. Net kuvvet ok yönünde olduğu na göre Z ile P kutupları aynı işaretlidir. Cevap D dir.