خطوط مغناطیسی نیرو

براده های آهن به موازات خطوط میدان مغناطیسی قرار می گیرند و به این شکل الگوی میدان را قابل رویت می سازند. انجام این آزمایش ساده است – چون براده ها داخل بطری قرار داده شده اند، چیزی آشفته و به هم ریخته نمی شود.

اهداف

در این درس دانش آموزان عیناً میدان مغناطیسی اطراف آهن ربا را به صورت سه بعدی مشاهده می کنند.

وسایل لازم

برچسب بطری را بکنید. حدود یک پنجم بطری را با براده های آهن پر کنید. با چسب نواری لوله را به گونه ای در داخل بطری بچسبانید که دهانه بطری کاملاً مسدود شود. بعد از اینکه براده ها را داخل بطری ریختید، لوله پلاستیکی را کاملا محکم به دهانه شیشه بچسبانید و آن را مسدود کنید.

انجام دهید و توجه کنید

آهن ربای استوانه ای شکل را به داخل لوله ی آزمایش بلغزانید و درپوش بطری را روی آن قرار دهید. بطری را به پهلو قرار داده و بچرخانید. بطری را در کلاس به دانش آموزان نشان دهید تا ببینند برای براده های آهن چه اتفاقی می افتد. براده ها الگوی سه بعدی را تشکیل می دهند که نمایشی از میدان مغناطیسی آهن ربا است.

توجه بچه ها را به این نکته جلب کنید که انتهای آهن ربا چگونه می شود. در بخش انتهایی لوزی شکل و پر حجم هستند. آهن ربا را از لوله خارج کنید. می بینید که براده ها فرو می ریزند.

چه اتفاقی می افتد؟

برای دانش آموزان توضیح دهید که هر اتم در یک قطعه آهن، یک آهن رباست با یک قطب شمال (N) و یک قطب جنوب (S) بیشتر قطعات آهنی، آهن ربا نیستند زیر آهن رباهای اتمی در جهات مختلفی قرار گرفته اند.

وقتی شما آهن ربایی را به یک قطعه آهن نزدیک می کنید، آهن رباهای اتمی آهن با میدان مغناطیسی اعمال شده هم سو می شوند. قطب های N اتم های آهن همگی در یک جهت قرار می گیرند. از آن جا که اتم های آهن هم سو می شوند. آن قطعه آهنی آهن ربا می شود و جذب آهن ربای اصلی می شود.

در یک قطعه میله ای شکل آهن، اتم ها تمایل دارند به گونه ای کنار هم قرار گیرند که تمام قطب های N (شمال) به سمت یک انتهای میله و تمام قطب های S (جنوب) آن به سوی انتهای دیگر میله باشند. از آنجا که براده های آهن میله ای شکل هستند، اتم ها در راستای طول میله جهت یافته اند و میله ها به موازات جهت میدان مغناطیسی اعمال شده قرار می گیرند. خطوط میدان یک آهن ربای استوانه ای شکل از دو سر آهن ربا آغاز شده و در طرفین آن خمیده می شوند. براده های آهن در دو سر آهن ربا، سوزنی شکل و پر حجم هستند در حالی که در طرفین هموار می شوند. از آنجا که براده های آهن خودشان آهن ربا می شوند، حضورشان اندکی شکل میدان مغناطیسی را تغییر می دهد با این حال، این آزمایش نمایشی از شکل میدان مغناطیسی در سه بعد را ارائه می دهد.

می توانید در ادامه به دانش آموزان توضیح دهید که از یک بطری پلاستیکی استفاده کنند و آن را با مسدود کردن دهانه اش با یک لوله آزمایش به خوبی درزگیری کنند، پس از گذشت چند ساعت، طرفین بطری از داخل شروع به ریزش می کند (به ویژه اگر داخل بطری مرطوب باشد). این موضوع به این علت رخ می دهد که براده های آهن در حال زنگ زدن هستند. وقتی آهن زنگ می زند، با اکسیژن محبوس در بطری ترکیب شده و از میان می رود. برای جلوگیری از فروریزی بطری، به راحتی می توان سوراخ کوچکی با یک میخ در آن ایجاد کرد.

مترجم: بدری سید جلالی

تنظیم: نسرین صادقی