by 
Ένα ερώτημα, πάνω σε παλιότερη ερώτηση από το βιβλιαράκι της ΚΕΕ, την οποία πήρα στο mail μου. Ας της δούμε, μαζί με τις παρασυρόμενες απορίες μαθήτριας.
Στο σχήμα φαίνεται ένας ραβδόμορφος μαγνήτης να πλησιάζει με τον Βόρειο πόλο του ένα (δεξιόστροφο) πηνίο ΓΔ, του οποίου τα άκρα Α και Β (άκρα του σύρματος) δεν κλείνουν κύκλωμα.
Κατά τη διάρκεια της κίνησης του μαγνήτη προς το ακίνητο πηνίο:
1. Στο άκρο Γ του πηνίου εμφανίζεται βόρειος μαγνητικός πόλος.
2. Στο άκρο Γ του πηνίου εμφανίζεται νότιος μαγνητικός πόλος.
3. Στα άκρα Α και Β εμφανίζεται τάση από επαγωγή με το (+) στο Α.
4. Στα άκρα Α και Β εμφανίζεται τάση από επαγωγή με το (+) στο Β.
Ποια πρόταση είναι σωστή και γιατί;
Αλλά και επιπλέον ερωτήματα:
- Έχει νόημα το + και το – στα άκρα Α και Β;
- αφού λέμε ότι το πηνίο λόγω μεταβολής της ροής μετατρέπεται σε πηγή ΗΕΔ, πώς γίνεται «μέσα στην πηγή» το ρεύμα να έχει φορά από το + στο -;
Τι λέτε συνάδελφοι;
Καλησπέρα Διονύση και συνάδελφοι.
Πολύ καλά ερωτήματα.
Θα πω τη γνώμη μου.
Στο άκρο Γ θα εμφανιστεί βορράς λόγω Lenz.
Άρα το ρεύμα είναι από Β προς Α.
Ξεκινούν λοιπόν θετικά φορτία από το Β στο Α
Οπότε το Β είναι – και το Α +
Όσο κρατάει το φαινόμενο έχουμε μετακίνηση θετικών φορτίων από το – στο +, ως εσωτερικό πηγής.
Άρα δεν έχουμε αντίφαση, όπως λέγεται στην τελευταία πρόταση.
Καλησπέρα Διονύση,
Θα επιλέξω γ.
Ρεύμα δεν έχουμε με ανοικτό κύκλωμα άρα ούτε και μαγνητικό πεδίο. Έχουμε όμως ΗΕΔ.
Γεια σου Διονύση.
Απουσία ρεύματος δεν εμφανίζονται πόλοι.
Αν το κύκλωμα ήταν κλειστό θα πήγαινε εξωτερικά ρεύμα από το Α στο Β. Αυτό σημαίνει ότι το + εμφανίζεται στο Α, δηλαδή έχουμε συσσώρευση ηλεκτρονίων στο Β.
Αν κατάλαβα τα πρόσθετα ερωτήματα του Διονύση, ας πω μπακάλικα ότι "κοιτάμε έξω από τη μπαταρία και όχι μέσα".
Γιατί στην "μπαταρία" αυτήν να κάνουμε εξαιρέσεις;
Γεια σας Βασίλη και Τάσο.
Γεια σου Γιάννη γράφαμε μαζί. Καλησπέρα και σε σένα Βασίλη
Και βλέπω ότι όλοι συμφωνούμε, οπότε κάτι άλλο θέλει να ψαρέψει η ερώτηση.
Συνάδελφοι σας ευχαριστώ για τις απαντήσεις.
Ο συνάδελφος που μου έστειλε το μήνυμα, αμφισβητούσε το πρόσημο και τους πόλους…
Εξάλλου έθεσε θέμα και για τη φορά του (υποθετικού) ρεύματος της πηγής.
καλησπέρα σε όλους
από το τέλος προς την αρχή τα ερωτήματα: πράγματι μέσα στην "μπαταρία-πηνίο" το ρεύμα πρέπει να κινείται από το "-" προς το "+" (συμβολικά είναι τα πρόσημα κατά πως λέει ο …Βαγγέλης), στην περίπτωσή μας να κάνει τη διαδρομή, αν το κύκλωμα κλείσει, ΒΔΓΑ, ώστε να εμφανιστεί Βορειος Πόλος αριστερά, άρα το "-" είναι στο Β και το "+" στο Α , σωστή η 3, οι 1 και 2 λάθος, διότι το πηνίο δεν διαρρέεται από ρεύμα και άρα δεν δημιουργεί μαγνήτη
Καλησπέρα σε όλους.
Σας ευχαριστώ για τις απαντήσεις σας και ιδιαιτέρως τον Διονύση που μπήκε στον κόπο να θέσει υπόψη σας τον προβληματισμό που διατύπωσα.
Αφορμή για τον προβληματισμό μου υπήρξε συζήτηση με μαθητές οι οποίοι στην επιλογή ως σωστής της απάντησης 3 (το + στο Α) αντέτειναν ότι «το τάδε βοήθημα θεωρεί σωστή την απάντηση 4» και υπήρξε απάντηση από μαθήτρια ότι σε αυτήν την περίπτωση θα είχαμε ρεύμα από το + στο – μέσα στην πηγή, «δεν έχουμε πει ότι το πηνίο μετατρέπεται σε πηγή ΗΕΔ;».
Και ο προβληματισμός μου:
Ενώ στον ευθύγραμμο κινούμενο αγωγό η συσσώρευση ηλεκτρονίων στο ένα άκρο του γίνεται υπό την επίδραση Lorentz και το ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται είναι διατηρητικό και επομένως μιλάμε για διαφορά δυναμικού, στην περίπτωση του πηνίου ποιες είναι οι δυνάμεις που προκαλούν τη συσσώρευση ηλεκτρονίων στο άκρο Β; Είναι το, λόγω μεταβολής της ροής, επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο; Για αυτό το πεδίο, ως μη διατηρητικό, έχει νόημα να μιλάμε για διαφορά δυναμικού;
Γεννάται ένα ηλεκτρικό πεδίο όταν ο μαγνήτης πλησιάζει. Το ηλεκτρικό αυτό πεδίο σωρεύει τα ηλεκτρόνια στο άκρο Β.
Εναλλακτικά μπορούμε να το δούμε από τη σκοπιά ενός παρατηρητή καθισμένου πάνω στο μαγνήτη.
Αυτός βλέπει κινούμενο πηνίο και δυνάμεις Λόρεντζ να σωρεύουν τα ηλεκτρόνια.
καλημέρα Θοδωρή, η (αιρετική και μειοψηφική) γνώμη μου: αυτό το ηλεκτρικό πεδίο είναι άγνωστης προέλευσης (η μαγνητική ροή είναι τέχνασμα)
Ευχαριστώ όλους τους φίλους που απάντησαν, όλοι στην ίδια γραμμή, χωρίς διαφωνίες.
Ας προσθέσω λοιπόν και μια απάντηση από μένα στα παραπάνω ερωτήματα.
1) Η ανάπτυξη ΗΕΔ στο πηνίο είναι ανεξάρτητη της ύπαρξης ρεύματος ή όχι. Η ίδια ΗΕΔ αναπτύσσεται είτε τα άκρα Α και Β του σύρματος συνδέονται μέσω μιας αντίστασης κλείνοντας κύκλωμα, είτε όχι.
2) Ο κανόνας του Lenz όμως, χρειάζεται ρεύμα για να εφαρμοστεί. Έτσι κλείνουμε εμείς το κύκλωμα για να βρούμε τη φορά του ρεύματος και από αυτήν να βρούμε την πολικότητα της ΗΕΔ.
3) Αν τώρα κλείσουμε το κύκλωμα, όπως στο σχήμα, θα πρέπει εξαιτίας του ρεύματος να αναπτυχθεί βόρειος πόλος στο άκρο Γ, για να εμποδίσει το πλησίασμα του βόρειου πόλου του μαγνήτη, συνεπώς το κύκλωμα πρέπει να διαρρέεται από ρεύμα με φορά έντασης, αυτή που έχει σημειωθεί.
4) Αν αιτία δημιουργίας αυτού του ρεύματος είναι μια ΗΕΔ στο πηνίο (βλέπουμε το πηνίο σαν μια πηγή), η πολικότητά της είναι αυτή του σχήματος με θετικό πόλο, το αριστερό άκρο του πηνίου ή το άκρο Α του σύρματος. Άρα το άκρο Α είναι θετικό και το άκρο Β αρνητικό.
5) Το ηλεκτρικό ρεύμα προφανώς πηγαίνει από το Α στο Β, στο εξωτερικό κύκλωμα που υπάρχει ο αντιστάτης R (προφανώς αν μιλάμε για το τμήμα του κυκλώματος που είναι το πηνίο, δηλαδή στο εσωτερικό της πηγής το ρεύμα πηγαίνει από το (-) στο (+) όπως σε κάθε κύκλωμα, όπως στο παρακάτω):
6) Δεν πρέπει να συγχέουμε το (+) και το (-) στα άκρα του πηνίου με την αλγεβρική τιμή της ΗΕΔ από επαγωγή, την οποία υπολογίζουμε, αφού προηγούμενα έχουμε ορίσει την κάθετη σε μια επιφάνεια σπείρας, αυθαίρετα. Έτσι:
α) Αν πάρουμε την κάθετη σε κάθε σπείρα να κατευθύνεται από το Γ στο Δ, θα έχουμε:
Φ>0, ΔΦ>0, Εεπ< 0, Ι<0
Πράγμα που σημαίνει ότι ενώ η κάθετη ορίστηκε με φορά περιστροφής τους δείκτες του ρολογιού, θα βρούμε ένταση ρεύματος να διαρρέει το πηνίο, ανθωρολογική! (όπως και είναι…)
β) Αν πάρουμε την κάθετη σε κάθε σπείρα να κατευθύνεται από το Δ στο Γ (θετική φορά η αντίθετη των δεικτών του ρολογιού), θα έχουμε:
Φ< 0, ΔΦ<0, Εεπ > 0, Ι> 0
Πράγμα που σημαίνει ότι θα βρούμε ένταση ρεύματος να διαρρέει το πηνίο, ανθωρολογική! (όπως και είναι…)
Οι δύο παραπάνω αυθαίρετες υποθέσεις οδηγούν στην εύρεση της φοράς του ρεύματος που είναι μία!
Αλλά αν το ρεύμα έτσι και αλλιώς, βγαίνει από το άκρο Α, τότε αυτό το άκρο του σύρματος αντιστοιχεί στον θετικό πόλο της ΗΕΔ από επαγωγή. Δεν θα μείνουμε δηλαδή απλά στο πρόσημο της αλγεβρικής τιμής της.
………………
Μέχρι να γράψω τα παραπάνω, διαπιστώνω ότι έχουν μπει και νέα σχόλια.
Θοδωρή, ποιος δημιούργησε αυτήν την ΗΕΔ; Μια δύναμη που μετακίνησε τα φορτία (τα ηλεκτρόνια στο άκρο Β). Αυτή η δύναμη είναι πραγματική, όσο πραγματική είναι και κάθε άλλη δύναμη (Καλημέρα Βαγγέλη, μειοψηφούντα!!!)
Ποιος ασκεί αυτή τη δύναμη; Δύναμη σε ακίνητα φορτία, μόνο ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να ασκήσει.
Άρα δεχόμαστε την ύπαρξη ενός ηλεκτρικού πεδίου (μη συντηρητικού, χρονικά μεταβλητού) που διαχωρίζει τα φορτία του πηνίου.
Αλλά αυτός ο διαχωρισμός έχει σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός νέου ηλεκτροστατικού (άρα και συντηρητικού…) πεδίου το οποίο εμφανίζει διαφορά δυναμικού στα άκρα Α και Β του πηνίου.
Καλημέρα Βαγγέλη.
Λες δηλαδή ότι αυτό το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί μεν τη συσσώρευση ηλεκτρονίων στο ένα άκρο του σύρματος, αλλά δεν οφείλεται στη μεταβολή της μαγνητικής ροής; Καλά το καταλαβαίνω;
Θοδωρή, το χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο (το οποίο διαχωρίζει τα φορτία και δημιουργεί το φαινόμενο της εμφάνισης επαγωγικής τάσης), οφείλεται στο μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.
Αυτή είναι η αιτία του, όπως αιτία ύπαρξης του ηλεκτροστατικού πεδίου είναι ένα ακίνητο φορτίο.
Το πώς θα μιλήσουμε γι΄αυτό το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, είναι άλλο θέμα. Θα μπορούσαμε να μην αναφέρουμε ποτέ τον όρο "μαγνητική ροή" αλλά να ξεκινάμε από το dB/dt…
Έχει επικρατήσει όμως όταν μιλάμε για επαγωγή, να δίνουμε ένα νόμο (του Faraday) ο οποίος μπορεί να περιγράψει και τα δύο ενδεχόμενα (κίνηση αγωγού ή μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο) με τη βοήθεια της μαγνητικής ροής. Η προσπάθεια περιγραφής διαφορετικών εκ πρώτης όψεως φαινομένων, κάτω από την "ίδια ομπρέλα" είναι το χαρακτηριστικό της επιστήμης.
Ας σκεφτούμε ότι ο Maxwell με 4 εξισώσεις περιέγραψε όλον τον ηλεκτρομαγνητισμό (μαζί και το φως…)
Καλημέρα σε όλους,
Θα αναφερθώ στην πολύ εύστοχη παρατήρηση του κ.Θοδωρή.
Πως είναι δυνατόν να ομιλούμε για διαφορά δυναμικού (βαθμωτή) σε μη συντηρητικό πεδίο?
Κάποιες σκέψεις εδώ