Κατηγορία: 4.050 Μαγνητικά πεδία

Α) Η αρχή λειτουργίας
Ένα μακρύ ευθύγραμμο σύρμα, βρίσκεται στο επίπεδο που ορίζει ένας ορθογώνιος συρμάτινος βρόγχος και είναι τοποθετημένο παράλληλα στις μεγαλύτερες πλευρές του ορθογωνίου όπως στο σχήμα 1. Οι εντάσεις των ρευμάτων στο σύρμα και στο βρόγχο είναι αντίστοιχα Ι = 10Α και Ι₁ = 1Α, με φορές που φαίνονται στο σχήμα 1. Οι διαστάσεις του ορθογωνίου είναι a = 0,2m και b = 0,3m, ενώ η απόσταση του σύρματος από το βρόγχο είναι d = 0,25m. Υπολογίστε την ηλεκτρομαγνητική δύναμη που δέχεται ο βρόγχος, από το σύρμα. Δίνεται k_μ = 10^-7Ν/Α².

Β) Η εφαρμογή στην πράξη…
Η διάταξη του Α΄ μέρους μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην μαγνητική αιώρηση τραίνου. Κατακόρυφο ορθογώνιο λεπτό πηνίο με N σπείρες, πλάτους a και μήκους b, που στο σχήμα 2 φαίνεται η πλάγια όψη του, τοποθετείται κάτω από κάθε βαγόνι. 

Συνέχεια (Word)

Συνέχεια (Pdf)

Ένας λεπτός μεταλλικός δίσκος ακτίνας r = 0,2m, μπορεί να περιστρέφεται σε κατακόρυφο επίπεδο, γύρω από ακλόνητο οριζόντιο άξονα περιστροφής που διέρχεται από το κέντρο του Ο. Τοποθετούμε μια λεκάνη με υδράργυρο κάτω από το δίσκο, έτσι ώστε το κατώτατο σημείο Α του δίσκου να εφάπτεται στην επιφάνεια υδραργύρου. Συνδέουμε με καλώδια τους πόλους μιας μπαταρίας, ΗΕΔ Ε = 6V και μηδενικής εσωτερικής αντίστασης, στον άξονα του δίσκου και την επιφάνεια του υδραργύρου, όπως στο παραπάνω σχήμα. Με έναν ισχυρό πεταλοειδή μαγνήτη μπορούμε να δημιουργήσουμε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου Β = 2Τ και ύψους h = r από την επιφάνεια του υδραργύρου. Όταν κλείσουμε το διακόπτη Δ, θα παρατηρήσουμε ότι o δίσκος περιστρέφεται.
α) Μπορείτε να εξηγήσετε γιατί περιστρέφεται ο δίσκος;

Συνέχεια (Pdf)

Σχόλιο: Οι “ειδικοί” του Υπουργείου Παιδείας, αποφάσισαν ότι η ΗΕΔ από περιστροφή είναι ΕΚΤΟΣ ΥΛΗΣ…

Ένα σύρμα μάζας m = 0,1kg κάμπτεται ώστε να πάρει το σχήμα Π και τα άκρα του στερεώνονται (όπως οι ομπρέλες στην άμμο) μέσα σε δυο μεταλλικά δοχεία, γεμάτα με ρινίσματα σιδήρου. Τα δοχεία βρίσκονται σε οριζόντιο τραπέζι, ενώ το επίπεδο του σύρματος  είναι κατακόρυφο. Το οριζόντιο τμήμα του σύρματος έχει μήκος L = 1m και  στο χώρο υπάρχει οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο, έντασης Β = 2Τ. Με τη βοήθεια πηγής και κατάλληλου (πατητού) διακόπτη, κατασκευάζουμε το κύκλωμα του σχήματος. Με στιγμιαίο κλείσιμο και άνοιγμα του διακόπτη, που διαρκεί Δt = 0,1s, διαβιβάζουμε ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου στο κύκλωμα, οπότε παρατηρούμε ότι το σύρμα εκτοξεύεται προς τα πάνω φτάνοντας οριακά στην οροφή του εργαστηρίου σε ύψος h = 3,2m (από τη θέση διακοπής του ρεύματος). Υποθέτουμε ότι τα ρινίσματα σιδήρου ασκούν μόνο πλευρική στήριξη στο σύρμα Π, το πάχος του στρώματος των ρινισμάτων είναι αρκετό για να μη χάνεται η επαφή πριν το μηδενισμό του ρεύματος, οι τριβές αμελητέες και η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι g = 10m/s².
α) Εξηγείστε την ανύψωση του σύρματος Π.
β) Υπολογίστε την ταχύτητα με την οποία εγκαταλείπει τα ρινίσματα σιδήρου το σύρμα Π και το χρόνο ανόδου στο μέγιστο ύψος.
γ) Βρείτε την ποσότητα του ηλεκτρικού φορτίου q που πέρασε από μια διατομή του σύρματος.
δ) Ποιο είναι το μέτρο της μέσης δύναμης Laplace που δέχτηκε το σύρμα;

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Συνέχεια (Word)

Συνέχεια (Pdf)

Διαθέτουμε ένα λεπτό, ομογενές και ισοπαχές σύρμα και αφού το κόψουμε σε δυο κομμάτια μήκους L₁ και L₂, με λόγο μηκών L₁/L₂ = 4, φτιάχνουμε με αυτά δυο επίσης  λεπτά στεφάνια Σ₁ και Σ₂, με αριθμό σπειρών Ν₁ και Ν₂ αντίστοιχα.
Συνδέουμε τα στεφάνια σε σειρά με πηγή συνεχούς ρεύματος και με τη βοήθεια ενός ευαίσθητου μαγνητόμετρου, βρίσκουμε ότι στο κέντρο των στεφανιών οι εντάσεις των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται έχουν σχέση Β₁ = 9Β₂.

Συνέχεια(Word)

Συνέχεια(Pdf)

Ένας αγωγός σχήματος ημικυκλίου ακτίνας R, βρίσκεται με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές ομογενούς  μαγνητικού πεδίου έντασης Β. Ο αγωγός διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης i. Να σχεδιάσετε τη δύναμη Laplace που δέχεται ο αγωγός και να υπολογίσετε το μέτρο της.

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)

Διαβάστε επίσης το ΣΧΟΛΙΟ του Διονύση Μάργαρη για μια απλούστερη λύση, που κάνει την άσκηση και για μαθητές…

Ένα ευθύγραμμο τμήμα ΑΓ λεπτού αγωγού, έχει τη διεύθυνση του άξονα x΄x και διαρρέεται από ρεύμα έντασης i κατά τη θετική φορά του άξονα, όπως στο σχήμα 1. Αν δίνεται ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου του τμήματος ΑΓ στο σημείο Ρ που απέχει α από τον αγωγό έχει μέτρο
Συνέχεια(Word)
Συνέχεια(Pdf)

Μαγνητική βελόνα μπορεί να στρέφεται περί κατακόρυφο άξονα (βελόνα απόκλισης) και τοποθετείται στο κέντρο κυκλικού λεπτού πηνίου (σχεδόν δακτύλιος) με Ν = 10 σπείρες ακτίνας r = 5cm. Το επίπεδο του πηνίου είναι κατακόρυφο και η μαγνητική βελόνα προσανατολίζεται κατά τη διεύθυνση της οριζόντιας διαμέτρου του. Αν το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα έντασης i = 0,16A, παρατηρούμε ότι η μαγνητική βελόνα εκτρέπεται και τελικά ισορροπεί σε διεύθυνση που σχηματίζει γωνία θ = 45⁰, με την αρχική της διεύθυνση.
α) Να εξηγήσετε ποιοτικά το φαινόμενο της αλλαγής διεύθυνσης της μαγνητικής βελόνας.
β) Να υπολογίσετε την οριζόντια συνιστώσα* της έντασης του μαγνητικού πεδίου της Γης.
γ) Συνδέουμε παράλληλα στο πηνίο μια αντίσταση R = 10Ω, όπως στο σχήμα 2. Αν το αμπερόμετρο δείχνει πάλι ένταση i = 0,16Ακαι η μαγνητική βελόνα αποκλίνει κατά φ = 30⁰, να βρεθεί η αντίσταση του πηνίου.

Απάντηση(Word)

Απάντηση(Pdf)