11:35 am - Şənbə Sentyabr 23, 2017

Lorens qüvvəsi

Motivasiya:

“Lorens qüvvəsi” mövzusunun izahında motivasiya olaraq aşağıdakı şəkli qoymaq olar:

Şəkil

Şəkil

Tədqiqat sualı:

Qüvvə haqqında nə bilirik?

Müəllimin əlavəsi: Qüvvə cismi hərəkətə gətirən və onu təcilləndirmə təsirinə malik vektorial fiziki kəmiyyətdir. Qüvvə – cisimlər və zərrəciklər arasındakı qarşılıqlı təsirin miqdari ölçüsüdür. Ölçü vahidi BS-də 1N (Nyuton) götürülür.

yuton kütləsi 1 kq olan cismə 1m/san 2 təcil verən qüvvəyə deyilir. Qüvvə cismin sürətini dəyişmək üçün, yəni, təcil alması üçün lazımdır.

Super-qüvvə dedikdə, hansı qüvvələr nəzərdə tutulur?

Super-qüvvə – dörd fundamental qarşılıqlı təsiri (qravitasiya, elektromaqnit, nüvə (güclü), zəif qarşılıqlı təsirlər) özündə birləşdirən, kainatı yaradan, formalaşdıran qüvvədir. Makroaləmdə bu qüvvələrdən yalnız ikisi – gravitasiya və elektromaqnit qarşılıqlı təsirlər özlərini büruzə verirlər. Qüvvələrin hamısı mənşəcə bu qarşılıqlı təsir növlərinə aiddir.

Elektrik qüvvələri haqqında nə bilirsiniz?

Müəllimin əlavəsi: Təbiətdə iki növ elektrik yükü mövcuddur: Müsbət və mənfi, eyni işarəli yüklər bir-birini itələyir, müxtəlif işarəli yüklər bir-birini cəzb edir. Elektrik yükləri bir-birinə birbaşa təsir etmir. Elektrik yükü olan fəzada elektrik sahəsi mövcud olur. Elektrik sahəsinin qüvvə xarakteristikası elektrik sahəsinin intensivliyidir. Dinamometr qüvvə ölçən cihazdır. Təbiətinə görə:

1. Qravitasiya qüvvəsi.
2. Elektromaqnit qüvvəsi.
3. Sürtünmə qüvvəsi.
4. Kulon qüvvəsi.
5. Amper qüvvəsi.
6. Lorens qüvvəsi.
7. Nüvə qüvvəsi.

İşgörmə qabiliyyətinə görə:

1. Konservativ qüvvəsi.
2. Dissipativ qüvvəsi.
3. Sürtünmə, yırğalanma və diyirlənmə qüvvəsi.
4. Hidroskopik qüvvəsi.
5. Koriolis qüvvəsi.
6. Lorens qüvvəsi.

Tədqiqatı təcrübələrlə davam etdiririk. Qruplara tapşırıqlar verilir:

Maqnit və bir topa mismarı yan-yana qoyduqda nə müşahidə edirsiniz?

Şüşə lövhənin üzərinə dəmir tozcuqları töküb, şüşənin altına maqnit yaxınlaşdırın. Nə müşahidə etdiniz? Tozcuqların düzülüşü hansı fiziki kəmiyyətin istiqamətini göstərir? Ca

Şəkil

Şəkil

Maqniti cərəyanlı naqilə yaxınlaşdırın. Müşahidə etdiyiniz hadisənin səbəbini izah edin.

Şəkil

Şəkil

Müəllimin əlavəsi: Maqnit hadisələri insanlara hələ qədim zamanlardan məlum idi. Təbii dəmir maqniti dəmir cisimləri özünə cəzb edir və yenidən maqnitləndirir. Yer təbii maqnit sahəsinə malikdir və maqnit əqrəbləri bu sahə istiqamətində yönəlirlər.

Artıq XVIII əsrdə insanların diqqətini belə bir cəhət cəlb edir ki, dəmir cisimlər və kompas əqrəbi yaxınlıqdakı ildırım çaxmasından yenidən maqnitlənirlər. Bu isə elektrik və maqnit hadisələri arasında əlaqə olduğunu göstərir. Bu fikrin doğruluğu Ersted tərəfindən təsdiq edildi. Daha sonra 1820-ci ildə fransız fiziki Amper isə iki cərəyanlı naqilin qarşılıqlı təsirini müşahidə etdi. Cərəyanlı paralel iki naqil cərəyanların istiqaməti eyni olduqda biri-birini cəzb, əks olduqda isə dəf edir.

Hərəkətsiz yük maqnit əqrəbi ilə qarşılıqlı təsirdə olmur, amma hərəkətdə olan yük (elektrik cərəyanı) maqnit əqrəbi ilə qarşılıqlı təsirdə olur. Deməli maqnit xassəsi hərəkət edən yükə xasdır.

Cərəyanlı naqillər öz ətrafında maqnitlənmiş cisimlərdə olduğu kimi maqnit sahəsi yaradır və onun təcrübələrlə müəyyən olunmuş aşağıdakı xassələri var:

1. Maqnit sahəsini elektrik cərəyanı doğurur.

2. Maqnit sahəsi cərəyana göstərdiyi təsirə görə aşkara çıxarılır.

Cərəyanlı naqilə maqnit sahəsi tərəfindən qüvvə təsir edir. Cərəyan isə yüklü zərrəciklərin hərəkətidir, deməli hərəkət edən yüklü zərrəciklərə maqnit sahəsi tərəfindən qüvvə təsir edir və həmin qüvvə də Lorens qüvvəsi adlanır. Lorens qüvvəsinin modulu zərrəciyin yükünün miqdarı (q), sürəti (v), maqnit induksiya vektorunun modulu (B) və zərrəciyin hərəkət istiqaməti ilə maqnit induksiya vektoru arasındakı bucağın (α) sinusu hasilinə bərabərdir.

Şəkil

Şəkil

Aşağıdakı hallarda zərrəciyə Lorens qüvvəsi təsir etmir:

Zərrəcik yüksüzdür q=0, FL=0
Yüklü sükünətdədir: v=0, FL=0

Zərrəciyin sürəti maqnit induksiya vektoruna paraleldir: α=0 və α=180°, FL=0.

Lorens qüvvəsinin istiqaməti sol əl qaydası ilə təyin edilir. Lorens qüvvəsinin istiqaməti yükün işarəsindən, onun hərəkət istiqamətindən və maqnit induksiyasının istiqamətindən asılı olub sol əl qaydası ilə təyin edilir. Sol əl maqnit sahəsində elə tutulur ki, maqnit induksiya vektorunun yükün sürətinə perpendikulyar toplananı (B⊥) ovcumuza daxil olsun və uzadılmış dörd barmaq (+)yüklərin hərəkəti istiqamətində, (-) yüklərin hərəkət istiqamətinin əksinə yönəlsin. Onda 900 açılmış baş barmaq yükə təsir edən Lorens qüvvəsinin istiqamətini göstərəcəkdir.

Şıəkil

Şıəkil

M.A.Lorens (18 iyul 1853 – 4 fevral 1928) Niderland fizik-nəzərriyəçisidir, Nobel mükafatı laureatıdır. Lorensin əsas kəşfləri elektrodinamika və optika sahələrindədir. Lorens qüvvəsi zərrəciyin sürətinə perpendikulyar olduğundan o iş görmür.

Yüklü zərrəciyin sürəti maqnit induksiya vektoruna perpendikulyar olduqda (∝=90°), Lorens qüvvəsi zərrəciyi çevrə üzrə bərabərsürətli hərəkət etdirir. Çevrənin radiusu:

R = mϑ/|q|B=ρ/|q|B=ϑ/(qB) ́ =√(2mWk )/|q|B
Burada q ́ xüsusi yükü, ρ – zərrəciyin impulsu, Wk – isə zərrəciyin kinetik enerjisidir.
Zərrəciyin fırlanma periodu
T= 2πR/ϑ=2πm/|q|B ,
fırlanma tezliyi
v=|q|B/2πm

Zərrəciyin periodu və tezliyi zərrəciyin sürətindən (eyni zamanda kinetik enerjisindən və impulusundan) və trayektoriyalarının radiusundan asılı deyil. Bu faktdan yüklü zərrəcikləri sürətləndirmək məqsədi ilə edirlər. Bu tip cihazlar tsiklotronlar adlandırılır.

Tsiklotron (tsiklik sürətləndirici) yüklü hissəcikləri (elektron, proton, neytron, α zərrəciklər) işıq sürəti ilə müqayisə olunan sürətə qədər sürətləndirən qurğudur.

Belə böyük sürətli hissəciklər atom nüvələrini tədqiq etmək üçün radioaktiv izotoplar almaq üçün və s. istifadə olunur. İlk tsiklatron 1930-cu ildə E.Lorens tərəfindən qurulmuşdur.

Lorens qüvvəsi ilə zərrəciyin kinetik enerjisi arasında əlaqə

F=2Ek/R

Zərrəciyin xüsusi yükü q ́=2π/BT

Zərrəciyin təcili α=qBv/m

Yüklü zərrəcik maqnit sahəsinə müəyyən 0<α<90° bucağı altında daxil olarsa, o müəyyən spiral üzrə hərəkət edəcəkdir.

Maqnit sahəsində qapalı yolda yükün gördüyü iş sıfırdan fərqlidir. Bu qüvvənin bioloji aləmdə oynadığı rolu araşdıraq. İnsan fiziologiyası fənnindən öyrəndikləri “leykositlər” mövzusunu xatırlayaq. Bilirik ki, qanda leykositlər və trombositlər var. Leykositlər orqanizmi mikroorqanizmlərdən, toxumalara qana daxil olan kənar maddələrdən qoruyur. Leykositlər mikroorqanizmləri udur və özündə həzm edir, bu hadisəyə faqositoz deyilir. Sağlam adamın qanında hər mm3 həcmdə 6000-8000-ə qədər leykosit var. Tədqiqat nəticələri göstərir ki, ekvatordan qütbə doğru getdikcə bu miqdar 2 dəfə azalır. Bunun səbəbi lorens qüvvəsinin təsiri ilə izah olunur. Düsturdan F=qBυsinα görünür ki, bu qüvvənin qiyməti bucağın 00 və 1800-yə bərabər qiymətlərində sıfır, 900-də isə böyük olur. Buradan görünür ki, kosmik fəzadan yüklü zərrəciklər asanlıqla planetimizə daxil ola bilər. Qütblərdə Lorens qüvvəsi sıfır olduğundan, bu zərrəciklərin hərəkətinə mane olan təsir də yoxdur. Ekvatorda isə Lorens qüvvəsi ən böyük qiymət alır. Deməli, kosmosdan planetimizə daxil olmaq istəyən yüklü zərrəciklər Lorens qüvvəsinin təsiri ilə kənar edilir.

Yüklü zərrəciklərlə leykositlərin əlaqəsini araşdıraq. Tədqiqatlar göstərir ki, həmin zərrəciklər böyük sürətlə və enerji ilə orqanizmə daxil olduqda ilk növbədə leykositləri məhv edir. Leykositlərin azalması orqanizmin müdafiə qabiliyyətinin zəifləməsinə və yoluxucu xəstəliklərin şiddətlə yayılmasına şərait yaradır. Orqanizm müdafiə oluna bilmədiyindən məhv olur.

Yüklü hissəciklərin elektrik və maqnit sahələrində hərəkətinin xüsusiyyəti müasir fizikada və texnikada işlədilən bir çox cihazların və qurğuların əsasını təşkil edir. Belə qurğulara misal elektron ossilloqrafını, kütlə spektroqrafını, elektron mikroproyektorunu, tsiklotronu və s. göstərmək olar.

Maqnit sahəsi təsirinin tətbiqi öz əksinə yüklü zərrəcikləri onların xüsusi yükünə görə, yəni zərrəciyin yükünün onun kütləsinə olan nisbətinə görə ayıran və alınmış nəticələr əsasında zərrəciyin kütləsini dəqiq təyin etməyə imkan verən cihazlarda tapmışdır. Belə cihazlara kütlə spektroqafları deyilir.

Təbiətdə Lorens qüvvəsinin əyani görüntüsünü qütb parıltısında görə bilərik.

Qütb parıltısı

Kosmosa atılan külli miqdarda yüksək enerjili elektron və ionlar Yerin maqnit sahəsinə daxil olarkən, Lorens qüvvəsinin təsiri nəticəsində qütblərə doğru hərəkət edir və qütb oblastlarında toplanılır. Qütblərə toplanan belə yüklərin təsirindən hava atomları ionlaşır və “həyəcanlanır”. Bunun nəticəsində də qütb parıltısı əmələ gəlir. Qütb parıltısını şimal parıltısı adlandırmaq doğru deyildir, çünki qütb parıltısı yalnız Yerin şimal qütbündə deyil, cənub qütbündə də müşahidə olunur. Rusiyanın bəzi bölgələrinin sakinləri qeyri-adi təbiət hadisəsinin şahidi olublar. Sakinlər “şimal şəfəqi” yaxud “qütb parıltısı” adlandırılan təbiət hadisəsini izləmək imkanı əldə ediblər. “Şimal şəfəqi” üçün nadir hal sayılan cənub zolaqlarda görülməsi yalnız Moskva və Sankt-Peterburq ərazisində görmək mümkün olmuşdur. İrlandiyanın bəzi bölgələrində də sakinlər “Şimal şəfəqi”ni görüblər.

Qütb parıltısının tədqiqatları göstərir ki, bu hadisə atmosferin yüksək qatlarındakı seyrəkləşmiş havanın elektriklə yüklənmiş hissəciklərinin işıq verməsidir. Parıltı həqiqətən çox böyük yüksəkliklərdə – Yer səthindən 60-100 km-dən 800-1000 km-ə qədər olan yüksəkliklərdə əmələ gəlir. Elm müəyyən etmişdir ki, Günəş “günəş ləkəsi” adlanan sahədən daha güclü elektronlar axını buraxır və “günəş ləkəsi” ilə Yerdəki “qütb parıltısı”nın əlaqəsi müşahidə edilib.

Günəşin üzündə olan ləkələr, habelə onların tutduğu sahə müxtəlif illərdə müxtəlif olur. Bəzi illərdə ləkələrin sayı sürətlə azalır, bəzi illərdə isə xeyli çoxalır. Müşahidə edilmişdir ki, Günəş ləkələri hər 11 ildən bir xüsusi ilə çox olur.

Qəribəlik burasındadır ki, qütb parıltısı da hər 11 ildən bir güclənir və zəifləyir. Günəşin üzündə daha çox ləkələr müşahidə olunan illərdə qütb parıltısı tez-tez və güclü olur. Günəş ləkələrinin azalması ilə qütb parıltısına ultrabənövşəyi şüalarla da təsir edir. Çox yüksəkliklərdə bu şüaların təsiri altında havanın tərkibinə daxil olan neytral qaz atomları elektriklə yüklənmiş hissəcikləri ionlara çevirir. Belə proses atmosferin seyrəkləşmiş yuxarı qatlarında fasiləsiz olaraq gedir ki, bunun nəticəsində də Yer üzündə elektriki yaxşı keçirən sahə yaranmışdır. Buna ionosfera deyilir ki, qütb parıltısı burada səyrişir. Yer kürəsinin böyük maqnit, şimal və cənub qütbləri olduğunu bilirik, kompasın – kiçik maqnit əqrəbinin işləməsi də Yerin böyük maqnitlərindən ibarət olmasına əsaslanmışdır. Yerin maqnit sahəsi, yəni Lorens qüvvəsi Günəşdən gələn elektriklə yüklənmiş hissəciklər selinə təsirindən mövzunun əvvəlində danışdıq. Bu sahənin təsiri altında elektron axını Yerin maqnit qütblərinə – şimala və cənuba doğru əyilir.

Bax, buna görə də “qütb parıltısı” qütbdə yaxın yerlərdə əmələ gəlir. Qütb parıltısı zamanı göydə gördüyümüz əlvan rəngli parlaq qövslər və şüa topaları da Yerin maqnit qüvvələrinin təsiri istiqamətləri ilə əlaqədadır. Belə ki, bu qüvvələrin daimi dəyişməsi nəticəsində yerin üzərində olan havanın yuxarı qatlarının işıqlanması daimi dəyişir və səyrişir. Qütb parıltısını yaranmasını öyrənən ilk alim M.V.Lomonosov olmuşdur. O, qütb parıltısını müşahidə edərək, bu gözəl hadisənin baş verdiyi yüksəkliyi təyin etmişdir. Lomonosov müşahidə etdiyi qütb parıltısının aşağı tərəfinin Yer səthindən təxminən 150 km yüksəklikdə olduğunu təyin etmişdir.

Şəkil

Şəkil

Bilirsiniz ki, qaz çox seyrəkləşmiş olduqda elektrik cərəyanın yaxşı keçirir. Elektronların təsiri altında müxtəlif qazlar müxtəlif rəng işıq verir. Məsələn, arqon-mavi işıq, neon isə qırmızı işıq verir. M.V.Lomonosovun kəşf etdiyi seyrəkləşmiş qazların işıq verməsi hadisəsindən istifadə edilərək, zəmanəmizdə qaz işığı lampası və çox vaxt “gündüz işığı” adlanan lampalar düzəlmişdir.

Gördüyümüz kimi, elm təbiətin anlaşılmaz hadisələrini yalnız izah etməklə kifayətlənməyib, həm də əldə edilmiş biliyi insanların istifadəsinə vermişdir.

Yeni dərsin tətbiqetmə mərhələsində qruplara məsələ vermək olar. Aşağıda sual və məsələləri həlli ilə göstəririk: Lorens qüvvəsi ilə Amper qüvvəsinin fərqli cəhətlərini göstərin.

Müəllimin əlavəsi: Amper qüvvəsi cərəyanlı naqilə, Lorens qüvvəsi isə yüklü zərrəciyə təsir edir.

Məsələ: Proton maqnit sahəsində maqnit induksiya vektoru ilə 60o bucaq altında 1000 m/san sürətlə uçur. Protonun trayektoriyasını, bu hərəkətin xarakterik kəmiyyətlərini təyin edin. Maqnit induksiya vektoru B=0,01 Tl-dır.(şəkil.1.)
Sual: Lorens qüvvəsinin tətbiqləri haqqında nə bilirsiniz? Cavab:–

Müəllimin əlavəsi: Elektron ossilloqrafını, kütlə spektroqrafını, elektron mikroproyektorunu, tsiklotronu və s. göstərmək olar.

Şəkil

Şəkil

Məsələ: Proton bircins maqnit sahəsində maqnit induksiya vektoru ilə 60o bucaq altında 1000 m/san sürətlə uçur. Protonun trayektoriyasını, bu hərəkətin xarakterik kəmiyyətlərini təyin edin. Maqnit induksiya vektoru B=0,01 Tl-dır. Protonun hərəkət trayektoriyasını təyin edin, bu hərəkətin xarakterik kəmiyyətini hesablayın.

Şəkil

Şəkil

Sual: Lorens qüvvəsinin həyatımızda rolu haqqında nə deyə bilərsiniz? Cavab:————–
Müəllimin əlavəsi: Kosmosdan planetimizə daxil olmaq istəyən yüklü zərrəciklər lorens qüvvəsinin təsiri ilə kənar edilir.
Məsələ: Proton bircins maqnit sahəsində 1000 m/san sürətlə uçur. Protonun trayektoriyasını və bu hərəkəti xarakterizə edən fiziki kəmiyyətləri təyin edin. Maqnit sahəsinin induksiyası 0,01 Tl.

Şəkil

Şəkil

Qruplara düşündürücü suallarla müraciət edirik:

Amper qüvvəsi cərəyanlı naqilə, Lorens qüvvəsi isə yüklü zərrəciyə təsir edir. Bu iki qanunun oxşar cəhətləri hansılardır? Cavab:–

Müəllimin əlavəsi:

1. Hər iki qüvvə maqnit sahəsinə perpendikulyar yönəldikdə, yəni bu zaman Amper və Lorens qüvvələri böyük olur.

2. Hər iki qüvvənin istiqaməti sol əl qaydası ilə təyin olunur.

3. Cərəyanlı naqilin, yüklü zərrəciyin hərəkəti maqnit sahəsinə paralel olarsa, bu zaman meydana çıxan Amper və Lorens qüvvələri sıfıra bərabər olur.

Təqdimat və təqdimatın müzakirəsi və qrupların işinin qiymətləndirilməsi.

Qiymətləndirmə: Seçilmiş meyarlara əsasən aparılır:

Biliyin düzgünlüyü.

Biliyin tətbiqi.

Yaradıcı tətbiqetmə.

Ev tapşırığı: Lorensin həyat və yaradıcılığına aid esse yazmaq.

Südabə ABDULLAYEVA,
Suraxanı rayonu, 114 nömrəli tam orta məktəbin fizika müəllimi
abdullayeva.sudabe@box.az

 

Filed in: DƏRS NÜMUNƏLƏRİ - FİZİKA

Hələ şərh yoxdur

Şərh yazın