https://youtu.be/Pl7KyVIJ1iE?si=eceVThgFJJ5_WWNm
Κατηγορία: 4. ΦΥΣΙΚΗ Γ΄ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ
Μια διάσπαση και η συνάντηση μέσα σε μαγνητικά πεδία
Στον χώρο υπάρχουν δύο οριζόντια ομογενή μαγνητικά πεδία, με εντάσεις μέτρων Β1 / Β2 = 4/3. H κατεύθυνση των δυναμικών γραμμών φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Τα πεδία χωρίζονται από το κατακόρυφο επίπεδο Π, που η προβολή του στο χαρτί είναι ο άξονας ψ΄Οψ. Στο σημείο O βρίσκεται ένα άτομο σε ηρεμία, το οποίο ξαφνικά διασπάται σε δύο φορτισμένα σωματίδια a και b. Το σωματίδιο a έχει θετικό φορτίο και τη στιγμή της διάσπασης έχει αρχική ταχύτητα va κατά τη θετική κατεύθυνση του άξονα Οx.
Όταν το σωματίδιο a περνά για τέταρτη (εκτός από τη στιγμή της διάσπασης) φορά από τον άξονα Οψ, συναντά το σωματίδιο b για πρώτη φορά.
i) Να περιγράψετε ποιοτικά την κίνηση του κάθε σωματιδίου.
ii) Αν Ra1 και Ra2 η ακτίνα του σωματιδίου a στα αντίστοιχα μαγνητικά πεδία, να υπολογίσετε το λόγο των ακτίνων Ra1/Ra2. Να κάνετε το ίδιο και για το σωματίδιο b.
iii) Αν Ra2 = 4cm και Rb1 = 3cm, να σχεδιάσετε την τροχιά κάθε σωματιδίου, αποδεικνύοντας και γραφικά το φαινόμενο της συνάντησης.
iv) Υπολογίστε το λόγο ma/mb των μαζών των σωματιδίων a και b αντίστοιχα.
Ένας μικρός μαγνήτης αφήνεται πάνω από οριζόντιο δαχτυλίδι
Ένας μικρός κυλινδρικός μαγνήτης νεοδύμιου (κράμα Nd₂Fe₁₄B), αφήνεται ελεύθερος να πέσει πάνω από ένα οριζόντιο μεταλλικό δακτύλιο, με το βόρειο πόλο του προς τα κάτω, όπως φαίνεται στο σχήμα. Σε όλη τη διάρκεια του φαινομένου ο άξονας του μαγνήτη διέρχεται από το κέντρο του δακτυλίου και παραμένει κατακόρυφος. Το εμβαδικό διάνυσμα n που προσανατολίζει το δακτύλιο είναι προς τα κάτω. Με έναν παλμογράφο, πήραμε το παρακάτω διάγραμμα της ΗΕΔ επαγωγής που αναπτύσσεται στο δακτύλιο.
Δυο πειράματα με δακτύλιους
Πείραμα 1ο
Όπως φαίνεται στην κάτοψη του διπλανού σχήματος, δύο ομόκεντροι δακτύλιοι, Α από μονωτικό υλικό και Γ από μέταλλο, τοποθετούνται στο ίδιο λείο οριζόντιο τραπέζι. Ο Α είναι ομοιόμορφα φορτισμένος με φορτίο Δq = N∙e, e το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο. Θέτουμε τον δακτύλιο Α σε περιστροφή κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού με γωνιακή ταχύτητα μέτρου ω, που αυξάνεται.
i) Εξηγείστε γιατί η περιστροφή του δακτυλίου Α δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Σχεδιάστε το πεδίο εντός και εκτός του δακτυλίου. Που είναι πιο ισχυρό; Αν r η ακτίνα του δακτυλίου, υπολογίστε την ένταση αυτού του πεδίου στο κέντρο του Ο, σε συνάρτηση των μ0, Ν, ω, e, r.
ii) Θεωρούμε ότι το μαγνητικό πεδίο, εκτός του κυκλικού δίσκου του δακτυλίου Α, είναι αμελητέο. Αφού εξηγήσετε γιατί εμφανίζεται ΗΕΔ επαγωγής στο δακτύλιο Γ, βρείτε τη φορά του επαγωγικού ρεύματος.
Πείραμα 2ο
Ένας μεταλλικός δακτύλιος από μαγγανίνη (κράμα Μn, του οποίου η αντίσταση είναι ανεξάρτητη της θερμοκρασίας), τοποθετείται σε οριζόντιο επίπεδο, μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β , κάθετο στο επίπεδο του κύκλου, προς τα μέσα, όπως φαίνεται στο διπλανό σχήμα. Θερμαίνουμε το δακτύλιο, οπότε αρχίζει να διαστέλλεται και η ακτίνα του αυξάνεται χρονικά σύμφωνα με τη σχέση r = √t/π (S.I.). Αν η αντίσταση του σύρματος είναι R = 0,1Ω:
i) Βρείτε την ένταση του επαγωγικού ρεύματος που διαρρέει το δακτύλιο.
ii) Ποια είναι η φορά του ρεύματος; Δικαιολογείστε.
Μαγνητική αιώρηση
Η πτώση του μαγνήτη
Α΄μέρος – Πείραμα: Πατήστε το μαγνήτη για να παρακολουθήσετε σε πραγματικό χρόνο το φαινόμενο.
Β΄μέρος: Διαβάστε τις παρακάτω αναρτήσεις για την θεωρητική εξήγηση του φαινομένου
Κουίζ στη Φυσική Γ΄ Θετικού Προσανατολισμού – Ψηφιακό Φροντιστήριο
Πατήστε το μέλαν σώμα.
Θα βρείτε ερωτήσεις, που μπορείτε να ελέγχετε την ορθότητα της απάντησής σας.
Ευχαριστώ τους συναδέλφους που εργάζονται στο Ψηφιακό Φροντιστήριο του ΥΠΕΠΘ.
Πείραμα με δυναμη Laplace στο πηνίο του εργαστηρίου
Πρώτο το ηλεκτρικό και δεύτερο το μαγνητικό
Όπως φαίνεται στο σχήμα, οι περιοχές ενός ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου έντασης Ε και ενός ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης Β είναι γειτονικές και έχουν ίδιο πλάτος d = 0,4m. Η διεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου είναι κατακόρυφη, ενώ η διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι οριζόντια, με φορά κάθετη στο επίπεδο του χαρτιού και προς τα μέσα. Ένα φορτισμένο σωματίδιο μάζας m = 10-10kg και φορτίου q = 10-6C, εισέρχεται στο ηλεκτρικό πεδίο από το σημείο O με αρχική ταχύτητα μέτρου υ0 = 400m/s κάθετη προς τη διεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου. Υπό την επίδραση της ηλεκτρικής δύναμης, το σωματίδιο εκτρέπεται και εξέρχεται από το ηλεκτρικό πεδίο στο σημείο A, εισερχόμενο στο μαγνητικό πεδίο. Τη στιγμή που εξέρχεται από το ηλεκτρικό πεδίο, η μετατόπισή του κατά τη διεύθυνση του πεδίου είναι ίση με d/2. Όταν το σωματίδιο εξέρχεται από το μαγνητικό πεδίο στο σημείο Γ, η διεύθυνση της ταχύτητάς του είναι ίδια με εκείνη που είχε κατά την είσοδό του στο ηλεκτρικό πεδίο στο σημείο O. (Η βαρύτητα δεν λαμβάνεται υπόψη.)
Να υπολογίσετε:
α) Την επιτάχυνση του σωματιδίου στο ηλεκτρικό πεδίο και το μέτρο Ε της έντασης.
β) Την ταχύτητα του σωματιδίου όταν εξέρχεται από το ηλεκτρικό πεδίο στο σημείο Γ.
γ) Το μέτρο της έντασης Β του μαγνητικού πεδίου.
δ) Τον συνολικό χρόνο κίνησης του σωματιδίου μέσα στα δυο πεδία.
Tο Μαγνητικό Πεδίο στο νόμο του Ampere
Δυο ευθύγραμμοι παράλληλοι αγωγοί μεγάλου μήκους, είναι κάθετοι στο επίπεδο της σελίδας και το διαπερνούν στα σημεία A(0m) και Γ(+4m), αντίστοιχα του άξονα Ax. Οι αγωγοί διαρρέονται από ρεύμα ίδιας έντασης I, με φορά που φαίνεται στο σχήμα. Θεωρούμε έναν κλειστό, κυκλικό αμπεριανό βρόχο C, με κέντρο Ο(+2m), ο οποίος περικλείει τους αγωγούς. Δίνεται η σταθερά μ0.
α) Θεωρούμε ένα τυχαίο σημείο Δ του κύκλου C, όπως φαίνεται στο σχήμα. Αποδείξτε ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Δ έχει μέτρο διάφορο του μηδενός. Υπάρχει κάποιο σημείο του κύκλου C, που μηδενίζεται η ένταση αυτή;
β) Να γράψετε τον νόμο του Ampere για τον βρόχο C και να υπολογίσετε την τιμή του αλγεβρικού αθροίσματος ΣΒi dli συνφi, πάνω στο βρόχο.
Τι συμπεραίνετε για τον νόμο του Ampere και τα ρεύματα που βρίσκονται εκτός του αμπεριανού βρόχου;