by 
Ο αγωγός ΑΓ του σχήματος, με αντίσταση R, σύρεται οριζόντια σε επαφή με δύο παράλληλους στύλους xx΄ και yy΄, οι οποίοι ορίζουν ένα οριζόντιο επίπεδο. Η κίνηση του ΑΓ γίνεται χωρίς τριβές, με σταθερή επιτάχυνση α, ξεκινώντας τη στιγμή t=0, από τα άκρα x και y, χωρίς αρχική ταχύτητα. Τα άκρα x και y των δύο στύλων συνδέονται με αμπερόμετρο με εσωτερική αντίσταση r, ενώ στο χώρο υπάρχει ομογενές μαγνητικό πεδίο, κάθετο στο επίπεδο κίνησης του ΑΓ.
- Στο σχήμα έχει σημειωθεί ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο του αγωγού ΑΓ. Να σημειώστε στο σχήμα την δύναμη που ασκεί πάνω του το μαγνητικό πεδίο, εξαιτίας της ταχύτητάς του υΑΓ, η οποία οφείλεται στην κίνηση του ΑΓ. Ποια η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε όλα τα φορτία του ΑΓ, εξαιτίας της ταχύτητας υΑΓ του αγωγού;
- Να σημειώστε στο σχήμα την ταχύτητα διολίσθησης του παραπάνω ηλεκτρονίου υd και την δύναμη Lorentz που θα ασκηθεί πάνω του, εξαιτίας της ταχύτητας αυτής. Ποια η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται στον ΑΓ, εξαιτίας της ταχύτητας υd όλων των ελευθέρων ηλεκτρονίων του αγωγού ΑΓ;
- Δίνονται οι παρακάτω τέσσερις γραφικές παραστάσεις.
Ποια από τις παραστάσεις αυτές μπορεί να παριστάνει:
α) Την ένδειξη του αμπερομέτρου.
β) Το μέτρο της δύναμης F, η οποία σύρει τον αγωγό προς τα δεξιά.
γ) Το μέτρο της δύναμης Laplace η οποία ασκείται στον στύλο xx΄.
δ) Την τάση στα άκρα του αγωγού ΑΓ.
Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.
Καλησπέρα Διονύση. Εξαιρετική.
Το πρώτο μέρος θα έλεγα ότι είναι για καθηγητές,που έχουν πολύ ψαγμένους μαθητές, αλλά και καθηγητές δευτεροβάθμιας, που από τις πολλές περικοπές έχουμε ξεχλασει αυτά που ξέραμε…
Η ταχύτητα διολίσθησης είναι εκτός ύλης Λυκείου και ανήκει και στην ύλη της Β΄Γενικής… Άρα πως να μη νομίζουν οι υποψήφιοι, ότι υπάρχει μια δύναμη αγνώστου προέλευσης – Laplace και μια άλλη δύναμη γνωστής προέλευσης – Lorentz, που δεν σχετίζονται; Εδώ βαζεις τα πράγματα στη θέση τους.
Βλέπουμε πως ένα “αθώο” κόψιμο ύλης, δημιουργεί κενά.
Στο α ερώτημα λες “πρωτόνιο”. Μήπως είναι καλύτερο το “θετικό ιόν”;
Μια άλλη ματιά.
Έστω ότι στον ευθύγραμμο αγωγό υπάρχουν Ne ελεύθερα ηλεκτρόνια με φορτίο qe
και Ni θετικά ιόντα με φορτίο qi. Αν v είναι η ταχύτητα του αγωγού και B η ένταση του μαγνητικού πεδίου, τότε η συνολική δύναμη Lorentz στον αγωγό είναι αλγεβρικά:
Fολ =∑ (qe v B) + ∑ (qi v B)
Αν Νe = Ni και qe = -qi τότε Fολ = 0.
Καλημέρα Ανδρέα και σε ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Ναι, θα μπορούσαμε στο α΄ερώτημα να μιλήσουμε για ελεύθερα ηλεκτρόνια και τα αντίστοιχα ιόντα. Δεν το προτίμησα, αφενός για να μην αρχίσουμε να μιλάμε για μονοσθενή ή όχι ιόντα, αλλά κυρίως γιατί ήθελα να εστιάσω ότι σε όλα τα φορτία του κινούμενου αγωγού ασκείται δύναμη Lorentz, ίδιου μέτρου, με αποτέλεσμα η συνισταμένη τους να είναι μηδενική.
Ταχύτητα διολίσθησης έχουν όμως μόνο τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και για το λόγο αυτό στο 2ο ερώτημα, η συνισταμένη των δυνάμεων Lorentz δεν είναι μηδενική και οδηγεί στη δύναμη Laplace…
Καλό μεσημέρι Διονύση.
Πολύ καλή η ανάλυσή σου!
Μέσω της ταχύτητας διολίσθησης των ηλεκτρονίων και όχι της ταχύτητας του αγωγού, βρίσκεις την δύναμη που ασκεί το μαγνητικό πεδίο στον αγωγό(Laplace).
Συγχαρητήρια!!
Καλησπέρα Διονύση.
Πάντα θεωρούσα ότι καλλίτερη και σωστότερη δικαιολόγηση της δύναμης σε αγωγό κινούμενο μέσα σε μαγνητικό πεδίο είναι αυτή που περνά μέσα από την δύναμη στα λεγόμενα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Άρα πιστεύω ότι ο τρόπος που διαπραγματεύτηκες το θέμα είναι αυτός που βοηθά στην κατανόηση από την μεριά του μαθητή.
Καλημέρα Πρόδρομε, καλημέρα Άρη, σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Πρόδρομε σε έχουμε χάσει…
Διονύση καλημέρα.
Εξαιρετικά ερωτήματα, ειδικά τα πρώτα 2. Θα τα υιοθετήσω στην διδασκαλία μου.
Καλό Σαββατοκύριακο! Εξαιρετική Διονύση, αναγκαία για την σωστή διασύνδεση δύναμης Laplace και δύναμης Lorentz.