Πάνω σε ένα οριζόντιο επίπεδο μπορεί να κινείται ένα πειραματικό όχημα, στην οριζόντια καρότσα του οποίου έχουμε ξαπλώσει έναν κυκλικό αγωγό με αντίσταση ανά μονάδα μήκους R* = 5/π Ω/m και ακτίνα α =0,3 m. Ο αγωγός τροφοδοτείται από μπαταρία με ΗΕΔ Ε = 24V και εσωτερική αντίσταση r = 1Ω, που βρίσκεται πάνω στο όχημα. Το κέντρο του Κ, βρίσκεται στην αρχή ενός συστήματος αξόνων XOY, όπως φαίνεται στο σχήμα. Στη θέση x = –a και κατά τη διεύθυνση του άξονα Y΄Y, βρίσκεται ακλόνητος οριζόντιος ευθύγραμμος αγωγός απείρου μήκους, ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα ίδιας έντασης με τον κυκλικό, με φορά που φαίνεται στο σχήμα και αποτελείται από δέσμη Ν = 10 όμοιων λεπτών ευθύγραμμων συρμάτων. Κάποια χρονική στιγμή, αρχίζουμε να μετακινούμε το όχημα κατά τη θετική φορά του άξονα X΄X .
Α΄μέρος: Για μαθητές
α) Να υπολογίσετε το μέτρο και την κατεύθυνση της έντασης του μαγνητικού πεδίου του κυκλικού αγωγού στο κέντρο του Κ.
β) Να υπολογίσετε το μέτρο και την κατεύθυνση της έντασης του μαγνητικού πεδίου, που δημιουργεί ο ευθύγραμμος αγωγός στο κέντρο Κ του κυκλικού αγωγού, σε συνάρτηση με την απόσταση x από την αρχή του άξονα Χ΄Χ.
γ) Να κάνετε τη γραφική παράσταση της αλγεβρικής τιμής της έντασης του συνολικού μαγνητικού πεδίου στο κέντρο Κ του κυκλικού αγωγού σε συνάρτηση με τη θέση x, πάνω στον άξονα X΄X . Θεωρείστε θετική τη φορά προς τον αναγνώστη. Σε ποια θέση μηδενίζεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου;
Οι αγωγοί βρίσκονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Δίνεται kμ = 10-7Ν/Α2 και να μη ληφθούν υπόψη τα επαγωγικά φαινόμενα, που εμφανίζονται κατά την κίνηση του κυκλικού αγωγού.
Β΄μέρος: Για καθηγητές
Αλλάζουμε την πολικότητα της πηγής. Ας υπολογίσουμε τη δύναμη Laplace που δέχεται ο κυκλικός ρευματοφόρος αγωγός, από το μαγνητικό πεδίο του ευθύγραμμου, όταν το κέντρο του Κ βρίσκεται σε απόσταση r =2R από τον ευθύγραμμο .
