Το ηλεκτρικό ρεύμα και οι πηγές του
του Διονύση Μάργαρη
Μια διαδρομή, που παρουσιάστηκε τμηματικά τις προηγούμενες μέρες, που οδηγεί από τον φορτισμένο αγωγό στο ηλεκτρικό ρεύμα και στις πηγές του, περνώντας από περιοχές Φυσικής και Χημείας, στην προσπάθεια να ενώσει κεφάλαια και αντικείμενα, που και όταν τα διδάσκουμε, αυτό γίνεται με αποσπασματικό τρόπο…
Η εργασία αυτή αφιερώνεται στους νέους συναδέλφους Φυσικούς και Χημικούς, αφού περιλαμβάνει πράγματα που με είχαν απασχολήσει κατά περιόδους και για μεγάλα χρονικά διαστήματα στη διάρκεια της διδασκαλίας μου.
Πράγματα που πάντα τα διδάσκαμε ασύνδετα και που θεωρώ ότι καλό είναι να τα έχουμε συνδέσει στο μυαλό μας, (άσχετα πόσα και ποια από αυτά θα χρειαστεί να διδάξουμε στους μαθητές μας…).
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
Για να μην περάσει από την τρύπα
Δύο παράλληλες επίπεδες μεταλλικές πλάκες Α και Β (πυκνωτής), απέχουν μεταξύ τους απόσταση d και τοποθετούνται οριζόντια, όπως φαίνεται στο σχήμα. Μέσω του μεταγωγικού διακόπτη S, δημιουργούμε κύκλωμα, στο οποίο μπορεί να συνδέεται η πηγή τάσης V ή ο αγωγός ΓΔ. Δυο μικρές τρύπες α και β έχουν ανοιχτεί στο κέντρο κάθε πλάκας, έτσι ώστε να βρίσκονται στην ίδια κατακόρυφο ψ΄ψ. Ένα φορτισμένο σωματίδιο μάζας m και φορτίου q ξεκινώντας από την ηρεμία σε ύψος h πάνω από την πλάκα Α, πέφτει ελεύθερα στη διεύθυνση της κατακορύφου ψ΄ψ, περνώντας από την τρύπα α. Πριν φτάσει στην τρύπα β η ταχύτητά του μηδενίζεται και το σωματίδιο επιστρέφει προς τα πάνω. Δίνεται το g.
i) Το ηλεκτρικό φορτίο του σωματιδίου είναι θετικό ή αρνητικό; Δικαιολογείστε την απάντησή σας.
ii) Τι κίνηση θα κάνει το σωματίδιο;
iii) Ποιο ή ποια από τα παρακάτω πρέπει να κάνουμε, ώστε το σωματίδιο να σταματήσει την κάθοδό του πριν φτάσει στην τρύπα β;
α) Με το διακόπτη S στη θέση (1), μετακινούμε την πλάκα B κατάλληλα προς τα πάνω.
β) Με το διακόπτη S στη θέση (1), μετακινούμε την πλάκα B κατάλληλα προς τα κάτω.
γ) Με το διακόπτη S στη θέση (2), μετακινούμε την πλάκα B κατάλληλα προς τα πάνω.
δ) Με το διακόπτη S στη θέση (2), μετακινούμε την πλάκα B κατάλληλα προς τα κάτω.
iv) Ποια πρέπει να είναι η απόσταση dορ των πλακών, ώστε το σωματίδιο να φτάσει οριακά στην τρύπα β;
v) Να εξηγήσετε ενεργειακά γιατί το σωματίδιο θα επιστρέψει στην αρχική του θέση.
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;
Πάμε στη Σελήνη
Δεν υπάρχει μόνο το GPS
Στις 23 Ιουνίου 2020, η Κίνα εκτόξευσε με επιτυχία τον 55ο δορυφόρο πλοήγησης του συστήματος Beidou από το Κέντρο Εκτόξευσης Δορυφόρων Xichang και ολοκληρώθηκε πλήρως η ανάπτυξη του αστερισμού του παγκόσμιου δορυφορικού συστήματος πλοήγησης Beidou. Ο 41ος δορυφόρος του συστήματος πλοήγησης Beidou είναι δορυφόρος σε γεωστατική τροχιά, ο 49ος δορυφόρος είναι δορυφόρος σε λοξή γεωσύγχρονη τροχιά, όπως φαίνεται στο σχήμα. H τροχιακή ακτίνα τους είναι περίπου r = 4,2×107 m. Δίνεται η σταθερά βαρύτητας G = 6,67×10-11 Nm2/kg2.
Α. Ποιες ομοιότητες και διαφορές έχει ένας γεωστατικός με έναν γεωσύγχρονο δορυφόρο;
Β. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες είναι λανθασμένες;
α. Η μάζα της γης μπορεί να εκτιμηθεί με βάση τα δεδομένα της ερώτησης.
β. Οι δορυφόροι γεωστατικής τροχιάς μπορούν να περάσουν πάνω από την Αθήνα.
γ. Οι δορυφόροι σε κεκλιμένη γεωσύγχρονη τροχιά περνούν την ίδια θέση ακριβώς πάνω από τον ισημερινό δύο φορές την ημέρα.
δ. Οι δορυφόροι σε κεκλιμένη γεωσύγχρονη τροχιά κινούνται με ταχύτητες μεγαλύτερες από την πρώτη κοσμική ταχύτητα, δηλαδή την ταχύτητα δορυφόρου κυκλικής τροχιάς πολύ κοντά στην επιφάνεια της Γης.