سوال ۶۷ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · سوال ۶۷ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۲ (ریاضی) · فصل ۴: القای الکترومغناطیسی و جریان متناوب
این سوال در دفترچه شکل دارد؛ این‌جا شکل به‌صورت متنی توصیف شده است.
مطابق شکل، در بعضی از مدارها که چندین القاگر دارند، ملاحظه می‌شود که سطح دو القاگر مجاور را عمود بر هم قرار می‌دهند. علت این عمل چیست؟
شکل: عکسی از بخشی از یک مدار الکترونیکی که چند القاگر (سیم‌پیچ) روی آن قرار دارد و سطح دو القاگر مجاور عمود بر هم است.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
۱. منشأ اثر متقابل القاگرها: با تغییر جریان یک القاگر، میدان مغناطیسی آن تغییر می‌کند. اگر بخشی از این میدان از سطح حلقه‌های القاگر مجاور عبور کند، شار مغناطیسی آن نیز تغییر می‌کند و در آن نیروی محرکهٔ القایی ایجاد می‌شود. این اثر را «القای متقابل» می‌نامیم؛ سازوکار تغییر میدان و شار بر اثر تغییر جریان، در بحث القاگرها توضیح داده شده است (فیزیک ۲، صفحات ۱۱۸–۱۱۹).
۲. نقش جهت‌گیری حلقه‌ها: شار مغناطیسی در میدان یکنواخت از رابطهٔ به دست می‌آید که در آن زاویهٔ میدان با خط عمود بر سطح است. وقتی میدان موازی سطح باشد، و شار صفر می‌شود (فیزیک ۲، صفحهٔ ۱۱۲). بنابراین جهت‌گیری سطح حلقه‌ها می‌تواند شار عبوری از آنها را کاهش دهد.
۳. نتیجه برای مدار شکل: عمود قرار دادن سطح حلقه‌های دو القاگر مجاور، در آرایش موردنظر، شارِ میدان هر القاگر در دیگری و در نتیجه اثر القای متقابل را به حداقل می‌رساند. منظور این نیست که در هر آرایش واقعی، شار الزاماً کاملاً صفر می‌شود؛ هدف کاهش تأثیر ناخواستهٔ القاگرها بر یکدیگر است. توضیح شکل کتاب نیز مستقیماً همین کاربرد را بیان می‌کند (فیزیک ۲، صفحهٔ ۱۲۱، شکل ۴ـ۱۰).
پس هدف، افزایش شار، افزایش ضریب القاوری یا انتقال بیشتر انرژی نیست، بلکه به حداقل رساندن تأثیر متقابل القاگرهاست.
پاسخ: گزینهٔ ۴
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز زاویهٔ بین میدان و خط عمود بر سطح را با زاویهٔ بین میدان و خود سطح اشتباه بگیرد. این آرایش برای کاهش شار میدانِ یک القاگر در القاگر مجاور است، نه افزایش آن.
- گزینهٔ ۲: این انتخاب از اشتباه گرفتن ضریب خودالقاوری هر سیم‌پیچ با اثر القای متقابل دو سیم‌پیچ ناشی می‌شود. عمود قرار دادن القاگرهای مجاور با هدف افزایش ضریب خودالقاوری آنها انجام نمی‌شود، بلکه اثر متقابلشان را کاهش می‌دهد.
- گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز صرفِ نزدیک بودن دو القاگر را نشانهٔ هدفِ انتقال انرژی بداند. اما این آرایش با کاهش شار مشترک و القای متقابل، انتقال انرژی از این راه را کمتر می‌کند، نه بیشتر.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- به توضیح شکل مربوط به القاگرهای مجاور در فیزیک ۲، صفحهٔ ۱۲۱، و نقش تغییر شار مغناطیسی در ایجاد نیروی محرکهٔ القایی توجه کن.
- در رابطهٔ ، زاویهٔ بین میدان و خط عمود بر سطح است؛ اگر میدان تقریباً موازی سطح حلقه باشد، شار عبوری چه تغییری می‌کند؟
- تغییر جریان در یک القاگر می‌تواند در القاگر همسایه نیروی محرکه القا کند. اکنون بررسی کن کاهش شارِ میدان القاگر اول در دومی، چه اثری بر این پدیده دارد.