by Καλησπέρα σε όλους!
Τί θα απαντήσουμε σε ένα μαθητή ο οποίος προσπαθεί να αναγνωρίσει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής στην περίπτωση του στρεφόμενου δίσκου εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίο και να επιβεβαιώσει το αποτέλεσμα του σχολικού βιβλίου με εφαρμογή του νόμου Faraday;
Στην Ηλεκτροδυναμική του Griffiths και συγκεκριμένα στις σελίδες 328 – 329 (2η αναθεωρημένη έκδοση, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης) διαβάζουμε
“Ο κανόνας ροής μάς παρέχει έναν κομψό και ταχύ τρόπο υπολογισμού των κινησιακών ΗΕΔ. Δεν περιέχει τίποτα νέο από πλευράς Φυσικής, παρά μόνο το νόμο της δύναμης Lorentz. Μερικές φορές, ωστόσο, συμβαίνει να συναντούμε κινησιακές ΗΕΔ, οι οποίες δεν μπορούν να υπολογισθούν μέσω του κανόνα ροής. Να ένα παράδειγμα. (Και ακολουθεί ο στρεφόμενος δίσκος με το αντίστοιχο κλειστό κύκλωμα του σχολικού, όπου στο τέλος σημειώνει:) Το πρόβλημα με τον κανόνα ροής είναι ότι απαιτείται η ύπαρξη μιας καλά ορισμένης διαδρομής για το ρεύμα, ενώ σ’ αυτό το παράδειγμα, το ρεύμα απλώνεται σ’ ολόκληρο τον δίσκο. Αν το καλοσκεφθείτε, ακόμα και ο όρος <<ροή διά μέσου του κυκλώματος>> δεν έχει σαφές νόημα σ’ αυτή την περίπτωση.”
Γεια σου Στάθη. Ευχαριστώ για τη συμμετοχή.
Αναφορικά με το (α), και χωρίς να θέλω να βάλω στη συζήτηση το “πλήθος των δυναμικών γραμμών”, βλέπω ότι είναι Φ=ΒS=σταθ. από την επιφάνεια του δίσκου, ακόμη και στην περίπτωση που η στροφική του κίνηση ήταν μεταβαλλόμενη.
Θα διαφωνήσω. Θα προτιμούσα μια παρουσίαση του φαινομένου όπως έκανε ο Feynman στη σελ 922 του βιβλίου του. Καλό θα είναι να ξέρουμε οι εκπαιδευτικοί μετασχηματισμοί πότε ωφελούν και πότε όχι. Προτιμώ να παρουσιάζω το φαινόμενο στους μαθητές όπως ο Feynman στην παράγραφο 17.2 του βιβλίου του Feynman Lectures of physics σαν εξαίρεση του “κανόνα της ροής”. Καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο κανόνας της ροής δεν ισχύει πάντα π.χ. μπορεί ακόμα και να έχω μεταβολή ροής και όχι τάση και προυπόθεση για να ισχύει ο κανόνας της ροής είναι π.χ. μόνο όταν το υλικό της κυκλώματος είναι το ίδιο. Δίνει και ένα αντιπαράδειγμα. Καλό είναι και από εκπαιδευτικής πλευράς να λέμε στους μαθητές τι είναι σωστό και τι όχι και να εισαγουμε μέσα τους το στοιχείο της αμφισβήτησης. Από κει και μετά ας γράψουν στις εξετάσεις αυτό που λέει το σχολικό. Ας ξέρουν όμως την αλήθεια.
Γεια σου Χαράλαμπε. Αρκετά ξεκάθαρη η θέση σου.
ευχαριστώ, Διονύση, και άλλοι καλοί συνάδελφοι γράφαμε τότε στον Φ.Κ., απολύτως δωρεάν προσφορά, της ΕΕΦ της καρδιάς μας
αργότερα στα “μπάζα”…
Γιάννη η θέση μου είναι ότι το “κόβει” δυναμικές γραμμές είναι πατέντα, μνημονικός κανόνας κάπως, δεν υπάρχει πλαίσιο, άρα δεν υπάρχει και ροή, που κι αυτή “εφεύρεση” είναι για να μας βγει συμφωνία με το πείραμα
Καλησπέρα σε όλους.
Ωραίο θέμα θίγεται. Νομίζω και εγώ απάντηση με τη δύναμη Lorentz θα έδινα.
Στο physicsgg με περισσότερα παραδείγματα αυτό που θίγει ο Μίλτος από το βιβλίο του Griffiths στον ακόλουθο σύνδεσμο
Καλησπέρα σε όλους.
Ωραίο θέμα θίγεται. Νομίζω και εγώ απάντηση με τη δύναμη Lorentz θα έδινα.
Στο physicsgg με περισσότερα παραδείγματα αυτό που θίγει ο Μίλτος από το βιβλίο του Griffiths στον ακόλουθο σύνδεσμο
Η κινησιακη ηλεκτρεγερτική δύναμη και ο κανόνας ροης
Γεια σου Χρήστο.
Δεν δουλεύει το link σε εμένα…μου βγάζει σφάλμα.
Εάν καταλαβαίνω σωστά, πρόκειται για απόδειξη στη λογική της στρεφόμενης ράβδου του σχολικού βιβλίου.
… ναι πρόκειται για την ίδια λογική λόγω του ότι η ανάπτυξη της επαγωγικής ΗΕΔ γίνεται ακτινικά
Καλημέρα συνάδελφοι.
Διατυπώθηκαν πολλές απόψεις, χωρίς να υπάρχει κατά την γνώμη μου και σοβαρός λόγος διαφωνίας.
Ας προσπαθήσουμε να ξεκαθαρίσουμε την κατάσταση.
Κάτω από το νόμο του Faraday, καλύπτονται δύο διαφορετικά (επί της ουσίας) φαινόμενα, που μπορούν να περιγραφούν από τα δύο σχήματα:
Στο πρώτο σχήμα, το πλαίσιο είναι ακίνητο Μέσα σε ένα σε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Στο δεύτερο, μια μεταλλική ράβδος κινείται μέσα σε χρονικά αμετάβλητο, μαγνητικό πεδίο (υπάρχουν και συνδυασμοί των δύο παραπάνω καταστάσεων).
Στην πρώτη περίπτωση ερμηνεύουμε την εμφάνιση ΗΕΔ, λόγω ηλεκτρικών δυνάμεων που ασκούνται στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του πλαισίου. Ηλεκτρικών δυνάμεων, από το χρονικά μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο «γεννιέται» από το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Είναι πολύ εύκολο και φανερό ότι μπορούμε να «ξεχάσουμε» το επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο, περιοριζόμενοι στην «μεταβολή της μαγνητικής ροής».
Στην 2η περίπτωση στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού ασκείται δύναμη Lorentz, με αποτέλεσμα να αναπτύσσεται ΗΕΔ πάνω του. Δεν υπάρχει επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο που μεταφέρει τα ηλεκτρόνια. Αυτά μεταφέρονται από δυνάμεις από το μαγνητικό πεδίο. Παρόλα αυτά, για να έχουμε ενιαία αντιμετώπιση, μπορούμε και στην 2η περίπτωση να μιλήσουμε με γλώσσα «μεταβολής της μαγνητικής ροής», αναφερόμενοι στην μαγνητική ροή που περνά από την επιφάνεια που διαγράφει η ράβδος…
Το ότι μπορούμε να μιλήσουμε με λογική «επιφάνεια που διαγράφει», «γραμμές που κόβει», δεν σημαίνει ότι εντάσσεται στην πρώτη περίπτωση και ότι έχουμε επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο, λόγω μεταβολής της μαγνητικής ροής!
Ας έρθουμε τώρα στο παράδειγμα τουYoung και στο σχήμα που έδωσα παραπάνω:
Έχουμε ηλεκτρικό ρεύμα στο ορθογώνιο πλαίσιο (1), όπου οι 3 πλευρές του είναι «σταθερές», με εξαίρεση την 4η αφού κλείνει με μια ακτίνα του δίσκου, έχοντας ένα σταθερό εμβαδόν Α=l∙R. Η μαγνητική ροή από την επιφάνεια αυτή είναι σταθερά μηδενική. Έχουμε δηλαδή ένα πλαίσιο (1) με μηδενική μαγνητική ροή.
Τότε γιατί έχουμε ρεύμα; Γιατί στα άκρα της εκάστοτε ακτίνας, αναπτύσσεται ΗΕΔ λόγω των δυνάμεων Lorentz που ασκούνται στα ηλεκτρόνια λόγω περιστροφής του δίσκου. Και αυτή είναι ίση με την ΗΕΔ σε μια περιστρεφόμενη ράβδο Ε= ½ Βωl2.
Μπορούμε να «ξεχάσουμε» την κίνηση της ακτίνας και την πραγματική αιτία και να μιλήσουμε για «μεταβολή της μαγνητικής ροής», όχι από το πλαίσιο (1), αλλά από την νοητή επιφάνεια (2) που διαγράφει μια ακτίνα, πριν φτάσει να κλείσει κύκλωμα με τις τρεις άλλες πλευρές του πλαισίου (1). Αυτό κάνει ο Young, αυτό δεν θέλει «να δει» ο Griffiths .
Μπορούμε να στηρίξουμε την διδασκαλία μας στην κίνηση κάθε ακτίνας, αφήνοντας στην άκρη τις ροές. Μπορούμε να κάνουμε το άλλο, όπως ο Young, για να αποδείξουμε ότι μπορούν να μπουν οι δύο αρχικές εκδοχές, κάτω από την ίδια ομπρέλα.
Προσωπικά προτιμώ την λογική Griffiths …
Καλημέρα Διονύση. Ευχαριστώ πάρα πολύ για το “συμμάζεμα” της συζήτησης.
Θα ακολουθήσω κι εγώ τον Griffiths, στη γραμμή της απάντησης μου στην απορία του μαθητή.
Ο εμπλουτισμός της ύλης του Ηλεκτρομαγνητισμού, είναι κέρδος για όλους.
καλημέρα σε όλους
κι εγώ, Διονύση,
“Προσωπικά προτιμώ την λογική Griffiths …”,
(δεν είχα ακούσει τίποτα, πάντως, μέχρι τώρα γι΄ αυτόν τον Griffiths)
όπως έγραψα και σε προηγούμενη τοποθέτησή μου η θέση μου, παρακαταθήκη του Δάσκαλου Μαρίνου παραμένει : παν τι κινούμενο σε σταθερό μαγνητικό πεδίο είναι…BυL (και τα “παιδιά” αυτού ημφ, ημω)
για ακίνητο πλαίσιο σε μεταβαλλόμενο πεδίο…dΦ/dt, (χωρίς το “-” εγώ, διότι “αιρετικός”…) πατέντα είναι, διότι πετυχαίνει, αναγκαζόμαστε να εφεύρουμε, να προσκυνήσουμε, ένα ουσιαστικά, ανύπαρκτο μέγεθος, που δεν έχει καμία φυσική σημασία, δεν έχει ούτε καν και τρόπο ή να μετρηθεί, απλά “μας κάνει”
παρατήρηση
στο σχετικό κεφάλαιο από το σχολικό βιβλίο της Β Γενικής, που μεταφέρθηκε στο βιβλίο της Γ Κατεύθυνσης, υπάρχει στην “στρατηγική επίλυσης”, στο τέλος του, “απόδειξη” της σχέσης BυL από το dΦ/dt
Θεέ και Κύριε,
ένα παιδί γέννησε τη μάνα του!
(προφανώς είχα, τότε, διαφωνήσει, αλλά ήμουν ισχνή μειοψηφία)
Καλημέρα Χαράλαμπε,
συμφωνώ ότι η μαγνητική ροή στην ακίνητη επιφάνεια που ορίζει ο δίσκος είναι σταθερή, αλλά ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής της περιστρεφόμενης επιφάνειας που ορίζει ο δίσκος (αυτό που ονομάζουμε νόμο του Faraday) είναι διάφορος του μηδένός.
https://ibb.co/YX80yLC
Αναφέρομαι στον δεύτερο όρο της παραπάνω σχέσης. Θεωρώ πως ο νόμος θα δώσει το σωστό αποτέλεσμα
https://ibb.co/FsTq4Y4
Καλημέρα Μίλτο,
οπως έραψα και πριν λίγο στον Χαράλαμπο, θεωρώ πως ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής διαμέσου της περιστρεφόμενης επιφάνειας που ορίζει ο δίσκος, δεν είναι μηδέν.
το θ στην ολοκλήρωση, κατά τη γνώμη μου είναι συγκεκριμένη γωνία και όχι θ = θ(t). το dθ/dt =0.
Καλημέρα Βαγγέλη. Νομίζω συμφωνούμε.
Γράφεις:
“ένα ουσιαστικά, ανύπαρκτο μέγεθος, που δεν έχει καμία φυσική σημασία, δεν έχει ούτε καν και τρόπο ή να μετρηθεί”
Δηλαδή, την πρόταση “Η μαγνητική ροή είναι ένα μονόμετρο φυσικό μέγεθος” θα τη χαρακτηρίζαμε λάθος;