A mérés célkitűzései: A neodímium mágnesek közötti taszító erő nagyságának mérése a távolság függvényében. Az excel program adta lehetőségek megismerése, kihasználása a fizikai mérések során. Eszközszükséglet: neodímium mágnesek digitális mérleg vonalzó távtartó Bunsen állvány dióval léc, cellux 1. ábra Kísérleti elrendezés Balesetvédelmi figyelmeztetés A neodímium mágnesek nagy erővel vonzzák egymást. A mágnesek közelítésekor vigyázz, hogy az ujjadat ne csípje össze a két mágnes! A mérés elméleti háttere Neodym szupermágneseket 1980-ban fedezték fel, ezek a legerősebb permanens mágnesek. Anyaguk a neodímiumon kívül, vasat és bórt is tartalmaz. Egészen magas, kb. 250 C-os környezeti hőmérsékletig használhatók, de törékenyek, és korrodálnak. A törékenységükre jellemző, hogy már attól is elpattanhatnak, ha két mágnes egymáshoz csapódik az ellentétes pólusok közötti vonzás hatására. (Kísérletezés közben figyelj arra, hogy ne sérüljenek meg a mágnesek!) A környezeti korrózió ellen úgy védik a mágnest, hogy nikkelbevonattal látják el, ezért fényes kívülről a mágnes. Minden ki által jól ismert tény, hogy a mágneses kölcsönhatás, vonzásban és taszításban nyilvánul meg. Mi a mérés során a mágnesek taszító erejét fogjuk vizsgálni a távolság függvényében. Találkozhatunk olyan eszközökkel is, melyek a mágneses taszító erőt használják ki arra, hogy a gravitációs erőt legyőzve lebegtessenek tárgyakat (2. ábra). 1. oldal
2. ábra Földgolyó modell A mágneses mező jelenlétét egyszerű kísérlettel szemléltethetjük: a mágnes köré vasreszeléket kell szórni. 3. ábra Mágneses mező szemléltetése A 3. ábrán nagyon jól látható, hogy az ellentétes pólusok környékén hogyan hajlanak el a vasreszelékből álló vonalak. Az állandó mágnesek között ható erő kiszámítására nincs általános képlet, nagyon sok tényező befolyásolja a fellépő erőhatást. De ez az erő mérhető, megvizsgálható, hogy a mágnesek távolságával milyen kapcsolatban van. 2. oldal
A mérés menete 1. feladat Helyezd a két mágnest a fekete színű műanyag távtartón kijelölt helyre és ragaszd rá celluxszal. Arra figyelj, hogy elég szoros legyen a ragasztás, mérés közben ne tudjon a mágnes oldal irányban elmozdulni. Ezután a mágnest a távtartóval együtt helyezd rá a mérleg tetejére, rögzítsd a ragasztószalag segítségével (ha ezt elmulasztod, akkor a mérés közben a távtartó a mágnesek taszításának következtében lecsúszhat a mérlegről). Ezután a lécre kell felerősítened a két mágnest a ragaszó szalag segítségével. A felragasztásnál figyelj arra, hogy a lécen lévő mágnes az alatta elhelyezkedő mágnest taszítsa! A lécet rögzítsd a Bunsen-állványra! Ha bekapcsolod a mérleget és a mágnesek tengelyét egy egyenesbe hozod, akkor a mérleg segítségével megmérhetjük a fellépő taszító erőt. A mérlegek nem a test tömegét mérik, hanem a súlyukat, azaz a test által a mérlegre kifejtett nyomóerőt. Mivel a két mennyiség között egyenes arányosság van, és az arányossági tényező 9,81 (kerekítve 10), ha a tömeget kg-ban mérjük, ezért a mérleg által mutatott értékből a taszítóerő számértéke könnyen meghatározható. A mágnesek közötti távolságot a vonalzó segítségével mérheted meg, állítsd azt bele a távtartóban kialakított vájatba! Állítsd be úgy a vonalzót, hogy a mágnes tetejével egy magasságban egész cmben kifejezett érték legyen! Így a mágnesek távolsága mm pontossággal könnyen leolvasható lesz. Hozd a mágnesek tengelyét egy egyenesbe és mérd meg, hogyan változik a taszító erő nagysága a távolság függvényében! Töltsd ki az 1. táblázatot! x (cm) 9 8 7 6 5 4,5 4 3,5 3 2,7 2,5 Mérleg által mutatott érték (g) F (N) x (cm) 2,2 2 1,7 1,5 Mérleg által mutatott érték (g) F (N) 1. táblázat 3. oldal
Ábrázold az erő nagyságát a távolság függvényében! 1. grafikon Milyen kapcsolat lehet az erő nagysága és a távolság között?...... 2. feladat Ha az erő nagyságát a távolság hatványaként keressük, akkor a hatvány kitevője n grafikus módon meghatározható. A keresett összefüggést írjuk fel a következő módon: F = k x n. Vegyük mindkét oldal természetes alapú logaritmusát: ln(f) = ln(k x n ). 4. oldal
A logaritmus azonosságait felhasználva kapjuk: ln F = ln k + n ln x. Ha ábrázoljuk az erő logaritmusát a távolság logaritmusának függvényében, akkor egy olyan egyenest kapunk, melynek meredeksége éppen a keresett n kitevő. A mérési eredményeidet felhasználva töltsd ki a 2. táblázatot! ln F ln x 2. táblázat Ábrázold a táblázatod értékeit! 2. grafikon Mekkora az egyenes meredeksége, azaz a keresett hatványkitevő?...... 5. oldal