Eksperimen: Faktor yang mempengaruhi daya pada konduktor pembawa arus

Tujuan

Menyiasat bagaimana magnitud daya pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet bergantung pada arus.

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Arus dalam konduktor, I
• Bergerak balas: Daya pada konduktor (ditunjukkan oleh perubahan bacaan neraca)
• Dimalarkan: Kekuatan medan magnet dan panjang konduktor dalam medan

Radas & bahan

• Neraca elektronik
• Magnet magnadur pada yok keluli
• Dawai kuprum tegar dipasang mengufuk
• Bekalan kuasa
• Reostat
• Ammeter
• Suis
• Wayar penyambung
• Kaki retort

Prosedur

1. Letakkan pemasangan magnet pada neraca elektronik dan tetapkan bacaan neraca kepada sifar (tara).
2. Apit dawai kuprum tegar secara mengufuk antara kutub magnet, disambung secara sesiri dengan ammeter, reostat dan bekalan kuasa.
3. Hidupkan dan laraskan reostat sehingga arus ialah I = 1.0 A; rekod perubahan bacaan neraca.
4. Tambah arus kepada I = 2.0, 3.0 dan 4.0 A, merekod bacaan neraca setiap kali.
5. Tukar setiap bacaan neraca (jisim) kepada daya menggunakan F = mg.
6. Rekod arus I dan daya F.

Menjadualkan keputusan

Rekod arus I dalam A dan perubahan bacaan neraca (jisim) dalam g atau kg, kemudian daya yang dikira F = mg dalam N. Kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.

Graf

Plot F (paksi-y) melawan I (paksi-x). Garis lurus melalui asalan menunjukkan daya berkadar terus dengan arus.

Analisis

Daya diberi oleh F = BIl. Apabila B dan l malar, F berkadar terus dengan I, dan kecerunan graf F melawan I bersamaan Bl.

Keelektromagnetan · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Berikut satu set bacaan contoh, dengan neraca ditarakan kepada sifar sebelum arus dihidupkan (labelkan sebagai data contoh):

• I / A = 1.0, perubahan neraca m = 0.51 g, F = mg = 0.0050 N
• I / A = 2.0, m = 1.02 g, F = 0.0100 N
• I / A = 3.0, m = 1.53 g, F = 0.0150 N
• I / A = 4.0, m = 2.04 g, F = 0.0200 N

Neraca membaca perubahan jisim kecil kerana tolakan ke bawah pada magnet ialah tindak balas kepada daya ke atas pada dawai. Apabila arus berganda dari 1.0 A ke 2.0 A daya juga berganda, dan menggandatigakan arus menggandatigakan daya.

Daya berkadar terus dengan arus, tepat seperti yang diramalkan oleh F = BIl apabila medan B dan panjang l dalam medan dikekalkan malar.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot F pada paksi-y melawan I pada paksi-x. Bentuk yang dijangka ialah garis lurus melalui asalan, kerana F = BIl memberi F berkadar terus dengan I apabila B dan l malar.

Kecerunan garis itu bersamaan Bl.

Lukis segi tiga besar pada garis penyuaian terbaik menggunakan dua titik yang jauh terpisah, contohnya (1.0 A, 0.0050 N) dan (4.0 A, 0.0200 N):

kecerunan = (0.0200 − 0.0050) N ÷ (4.0 − 1.0) A = 0.0150 N ÷ 3.0 A = 0.0050 N A⁻¹.

Kecerunan ini ialah Bl, dalam unit N A⁻¹ (sama dengan T m). Sebelum itu, setiap nilai daya datang daripada bacaan neraca, contohnya F = mg = 0.00051 kg × 9.81 m s⁻² = 0.0050 N. Jika panjang dalam medan diketahui, katakan l = 0.050 m, maka B = 0.0050 ÷ 0.050 = 0.10 T.

Markah yang dicari pemeriksa

Langkah berjaga-jaga yang melindungi keputusan: tarakan neraca kepada sifar sebelum setiap set bacaan, hidupkan arus hanya sebentar bagi setiap bacaan supaya dawai tidak memanas, dan kekalkan kekuatan medan B dan panjang l dalam medan malar sambil hanya mengubah arus.

Bagi kemahiran proses sains Kertas 3:

• Kenal pasti pemboleh ubah dimanipulasikan (arus I), pemboleh ubah bergerak balas (daya F) dan pemboleh ubah dimalarkan (B dan l).
• Tukar setiap bacaan neraca kepada daya dengan F = mg, menunjukkan unit N.
• Lukis garis lurus penyuaian terbaik melalui asalan dengan titik bertaburan sekata.
• Guna segi tiga besar untuk kecerunan dan berikan unitnya, N A⁻¹.
• Simpulkan bahawa F berkadar terus dengan I, disokong oleh garis lurus melalui asalan.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)