by Γιατί μας ενδιαφέρει Επειδή σε γεννήτρια με αντιστάτη υπάρχει εναλλασσόμενο – μεταβαλλόμενο – ρεύμα, εμφανίζεται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή. Ισχύει ο νόμος του Οhm;
Στο Σχήμα φαίνεται ένα αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου και εμβαδού Α. Το πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω, μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο, γύρω από άξονα που είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Επειδή το πλαίσιο έχει τη μορφή πηνίου (με ορθογώνιες σπείρες), όταν διαρρέεται από εναλλασσόμενο – μεταβαλλόμενο – ρεύμα i, εμφανίζεται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή 
Να αποδείξετε ότι όταν η τιμή της R είναι πολύ μεγαλύτερη από την ποσότητα Lω, ισχύει ο νόμος του Ohm.
Η απάντηση υπάρχει εδώ: Πότε ισχύει ο νόμος του Ohm στο εναλλασσόμενο ρεύμα; – Πρότυπα Θέματα Φυσικής
.
Αφορμή για την παρούσα ανάρτηση είναι η Άσκηση 5.46 του σχολικού βιβλίου.
Γεια σου Ανδρέα. Ωραίος προβληματισμός, αλλά εκτός ύλης με βάση το σχολικό βιβλίο. Επίσης με τα δεδομένα της άσκησης 5.46 το γινόμενο Lω είναι σημαντικά μικρότερο από την αντίσταση του κυκλώματος, οπότε ο νόμος του Ohm εφαρμόζεται με μεγάλη ακρίβεια.
Ωραίο είναι αλλά φέρνει σε άσκηση εναλλασσόμενων των Δεσμών.
Φέρνει και σε ασκήσεις της Τεχνολογικής που έκανε Ηλεκτρολογία.
Η εμπέδηση θα είναι παραπλήσια της R αν R>>L.ω.
Αν μας διαβάζει μαθητής θα του έλεγα να την προσπεράσει.
Απστόλη καλησπέρα.
Δεν ισχυρίστηκα ότι η Άσκηση 5.46 είναι λανθασμένη. Ανάφερα απλώς ότι ήταν η αφορμή.
Αυτό που προκύπτει από την παρούσα ανάρτηση είναι ότι, όταν σε θέματα με εναλλασσόμενο ρεύμα χρησιμοποιείται ο νόμος του Ohm, θα πρέπει το γινόμενο Lω να είναι σημαντικά μικρότερο από την αντίσταση του κυκλώματος.
Αποστόλη, αυτό ακριβώς έκανες κι εσύ: Έλεγξες τα δεδομένα της Άσκησης 5.46 και, όπως αναφέρεις, βρήκες ότι “με τα δεδομένα της άσκησης 5.46 το γινόμενο Lω είναι σημαντικά μικρότερο από την αντίσταση του κυκλώματος, οπότε ο νόμος του Ohm εφαρμόζεται με μεγάλη ακρίβεια.“
Γιάννη ο μαθητής δεν χρειάζεται να γνωρίζει οτιδήποτε για εμπέδηση.
Αυτό που χρειάζεται να αντιληφθεί ο μαθητής ότι το πλαίσιο είναι ένα πηνίο με ορθογώνιες σπείρες. Αυτό δηλώνεται και στην εκφώνηση. Άρα θα πρέπει να χρησιμοποιήσει της γνώσεις που έχει αποκομίσει από τη μελέτη της συμπεριφοράς του πηνίου, όταν το ρεύμα μέσα στο πηνίο μεταβάλλεται.
Αποστόλη, για να απαντηθεί το ερώτημα της παρούσας ανάρτησης χρειάζεται το φαινόμενο της επαγωγής, το φαινόμενο της αυτεπαγωγής και ο νόμος του Ohm. Δηλαδή ό,τι ακριβώς χρειάζεται σε κύκλωμα μπαταρίας, πηνίου με διακόπτη και αντίστασης. Μάλιστα και στις δύο περιπτώσεις συνδυάζονται ακριβώς με το ίδιο τρόπο, δηλαδή με το 2ο κανόνα του Kirchhoff.
Ναι δεν χρειάζεται η έννοια της εμπέδησης αλλά όταν μεταφέρουμε μια άσκηση από έναν χώρο σε άλλον το αποτέλεσμα είναι επίφοβο.
Αν η ανάρτησή σου είναι μια προειδοποίηση προς θεματοδότες ώστε να μην την πατήσουν σε πιθανό θέμα έχει καλώς.
Ακόμα και στα βιβλία της Γ Γυμνασίου υπάρχουν οι προϋποθέσεις ισχύος του νόμου του Ohm, α) Να υπάρχουν μόνο μετατροπές ηλεκτρ. Ενέργειας σε θερμότητα ( ωμικά στοιχεία ) και β) Μα έχει αποκατσταθεί θερμική ισορροπία μεταξ΄υ κυκλώματος και περιβάλλοντος ( σταθερή θερμοκρασία ) . Ουδέποτε έχουν εξεταστεί ακόμα και από αυτόυς που επιμένουν στην διδασκαλία τους.
Γιάννη θα επαναλάβω την άποψή μου: Οι μαθητές σκέφτονται πιο απλά απ’ εμάς.
Εμείς κινδυνεύουμε από “την υπερβολική σκέψη ή υπερανάλυση (overthinking): μια γνωστική διαδικασία κατά την οποία ένα άτομο σκέφτεται υπερβολικά και επαναλαμβανόμενα μια κατάσταση, γεγονός ή απόφαση, συχνά οδηγώντας σε αναποφασιστικότητα.” Ευτυχώς υπάρχουν οι νόμοι της Φυσικής για να στηριζόμαστε πάνω τους.
Δημήτρη καλησπέρα.
Όπως προκύπτει από την παρούσα ανάρτηση όταν υπάρχει εναλλασσόμενο ρεύμα στις προϋποθέσεις ισχύος του νόμου του Ohm που ανάφερες, θα πρέπει να προστεθεί ότι το γινόμενο Lω πρέπει να είναι σημαντικά μικρότερο από το R.
Αποστόλη γράφεις: “Ωραίος προβληματισμός, αλλά εκτός ύλης με βάση το σχολικό βιβλίο.”
Δεν πρόκειται αόριστα για προβληματισμό, αλλά για θέμα με δεδομένα και ζητούμενα, και η Απάντηση μπορεί να κριθεί από τον καθένα ως προς την ορθότητά της.
Σχετικά με το “εκτός ύλης” πρέπει να τεκμηριώσεις την άποψή σου, γιατί δημιουργείται σοβαρή σύγχυση: Η Απάντηση στηρίζεται στο νόμο της επαγωγής, στο νόμο της αυτεπαγωγής, στο νόμο του Ohm και στο 2ο κανόνα του Kirchhoff. Ποιο από αυτά είναι εκτός ύλης;;;
Ανδρέα ανεβάζεις μια ανάρτηση με ετικέτα ”Φυσική Γ” δύο μέρες πριν τις εξετάσεις, συνεπώς θεωρείς ότι το θέμα απευθύνεται σε μαθητές και μάλιστα κρίνεις ότι αυτή είναι η κατάλληλη στιγμή να το κάνεις. Ας δούμε τι γράφει το σχολικό βιβλίο στην παράγραφο 5-7:
Δεν αναφέρει καμία προϋπόθεση ισχύος του νόμου του Ohm και η αυτεπαγωγή δεν έχει διδαχτεί ακόμη, αφού βρίσκεται στην παράγραφο 5-14. Ούτε εκεί όμως γίνεται κάποια εκ των υστέρων αναφορά για το πότε επιτρέπεται να εφαρμόζουμε το νόμο Ohm σε κύκλωμα R. Δεν βλέπω πώς μπορεί επομένως να χαρακτηριστεί εντός ύλης το θέμα. Θα ήθελα να τοποθετηθούν και άλλοι συνάδελφοι, μήπως το λάθος είναι δικό μου και δεν αντιλαμβάνομαι κάτι. Επιπρόσθετα το γεγονός ότι ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος αντιστοιχεί στην ταχύτητα μιας ΑΑΤ, είναι κάτι που ο σημερινός μαθητής δεν θα το αντιληφθεί το ίδιο εύκολα, όσο κάποιος που θα γνώριζε ηλεκτρικές ταλαντώσεις ή κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος της εποχής των Δεσμών. Και σίγουρα όχι δύο μέρες πριν τις εξετάσεις.
Ας δούμε το σχήμα:
Στις δύο ψύκτρες εμφανίζεται μία ΗΕΔ.
Ο νόμος του Ωμ ισχύει φυσικά για το κύκλωμα δεξιά από τις ψύκτρες.
Αν Ε η ΗΕΔ τότε Ε = i.R.
Το πως υπολογίζεται η ΗΕΔ είναι άλλο θέμα. Ένα θέμα που δεν έχει παρουσιαστεί στα παιδιά. Δεν βρίσκω περίπτωση τέτοια στο βιβλίο.
Η περίπτωση:
διαφέρει μια και αλλού εμφανίζεται η μία ΗΕΔ και αλλού η άλλη.
Αποστόλη γράφεις: “Ανδρέα ανεβάζεις μια ανάρτηση με ετικέτα ”Φυσική Γ” δύο μέρες πριν τις εξετάσεις, συνεπώς θεωρείς ότι το θέμα απευθύνεται σε μαθητές και μάλιστα κρίνεις ότι αυτή είναι η κατάλληλη στιγμή να το κάνεις.”
Έστω ότι αυτή η ανάρτηση δεν είχε γίνει και αύριο εμφανιζόταν ένα θέμα, όπως η Άσκηση 5.46, χωρίς το Lω να είναι σημαντικά μικρότερο από το R. Και έβγαινε κάποιος και έλεγε: “Η άσκηση είναι λανθασμένη γιατί, για να εφαρμόσουμε το νόμο του Ohm, το Lω θα πρέπει να είναι σημαντικά από το R.” Και κάποιος άλλος έλεγε: “Ο προηγούμενος συνάδελφος έχει δίκιο. Δύο μέρες πριν τις εξετάσεις ήθελα να κάνω μια σχετική ανάρτηση αλλά την απέφυγα για να μη δημιουργήσω πρόβλημα στα παιδιά.” πώς θα χαρακτηριζόταν η στάση του;
Γράφεις επίσης ότι το σχολικό βιβλίο: “Δεν αναφέρει καμία προϋπόθεση ισχύος του νόμου του Ohm και η αυτεπαγωγή δεν έχει διδαχτεί ακόμη, αφού βρίσκεται στην παράγραφο 5-14. Ούτε εκεί όμως γίνεται κάποια εκ των υστέρων αναφορά για το πότε επιτρέπεται να εφαρμόζουμε το νόμο Ohm σε κύκλωμα R. Δεν βλέπω πώς μπορεί επομένως να χαρακτηριστεί εντός ύλης το θέμα.”
Η ύλη δεν χαρακτηρίζεται από τη σειρά με την οποία παρουσιάζεται στο σχολικό βιβλίο. Ούτε απαγορεύει να διατυπώνονται θέματα που συνδυάζουν τις γνώσεις των μαθητών, ανεξάρτητα από τη σειρά με την οποία διδάχθηκαν τις αντίστοιχες Ενότητες. Ίσως αυτό κάνει τα θέματα απαιτητικά, σίγουρα όμως δεν πρόκειται για θέματα εκτός ύλης.
Τέλος γράφεις: “Επιπρόσθετα το γεγονός ότι ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος αντιστοιχεί στην ταχύτητα μιας ΑΑΤ, είναι κάτι που ο σημερινός μαθητής δεν θα το αντιληφθεί το ίδιο εύκολα, όσο κάποιος που θα γνώριζε ηλεκτρικές ταλαντώσεις ή κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος της εποχής των Δεσμών.”
Στο σχολικό βιβλίο το αντίστοιχο ζήτημα αντιμετωπίζεται διδακτικά με την εξής υποσημείωση: “Το αποτέλεσμα προέκυψε από την παραγώγιση της μαγνητικής ροής ως προς το χρόνο.” Θα μπορούσα λοιπόν, μένοντας πιστός στο σχολικό βιβλίο, να χρησιμοποιήσω παρόμοιο επιχείρημα. Ωστόσο για μαθητές που δεν γνωρίζουν την έννοια παράγωγο και μάλιστα σύνθετης συνάρτησης, αυτή η αναφορά δεν έχει νόημα. Επέλεξα να επικαλεστώ τις γνώσεις του μαθητή από την ΑΑΤ θεωρώντας ότι έχοντας ολοκληρώσει την προετοιμασία του είναι λιγότερο δύσκολο να αντιληφθεί την αντίστοιχη σχέση. Όταν διδάσκω αυτή τη σύνδεση βλέπω ότι αρέσει στους μαθητές. Εναλλακτικά η πιο απλή προσέγγιση είναι να δηλωθεί στην εκφώνηση ότι di/dt = ω συν ωt.
Συμπέρασμα: Το θέμα της ανάρτησης δεν είναι εκτός ύλης και “κάλιο γαϊδουρόδενε παρά γαϊδουρογύρευε”. Φέτος μακάρι να υπάρξουν λιγότερα παράπονα για τα θέματα. Είμαι βέβαιος ότι κάθε χρόνο αυτή είναι η πρόθεση των Εισηγητών.
Γιάννη συμφωνώ: Όταν δεν δίνονται τα χαρακτηριστικά της γεννήτριας όπως στην Άσκηση 5.46, και δίνεται μόνο η εναλλασσόμενη τάση, η ισχύς του νόμου του Ohm έχει εξασφαλιστεί και μπορούμε να τον εφαρμόσουμε άμεσα. Για τα υπόλοιπα που αναφέρεις, δες την το προηγούμενο σχόλιό μου στον Αποστόλη.