by 
Αφήνουμε ένα μαγνήτη μάζας 0,1kg να πέσει τη στιγμή t=0, πάνω από το κυκλικό πλαίσιο, το οποίο παραμένει ακλόνητο στη θέση του, το οποίο έχει 100 σπείρες και αντίσταση R=0,8Ω. Αν τη στιγμή t1 ο μαγνήτης έχει πέσει κατά h=0,25m, έχοντας αποκτήσει ταχύτητα υ1=2m/s, ενώ τη στιγμή αυτή το πλαίσιο διαρρέεται από ρεύμα στιγμιαίας έντασης i1 =0,5Α.
i) Πόση ηλεκτρική ενέργεια εμφανίζεται στο πλαίσιο μέχρι τη στιγμή t1;
Για τη στιγμή t1 να βρεθούν:
ii) Η ΗΕΔ από επαγωγή στο πλαίσιο.
iii) Η δύναμη που δέχεται ο μαγνήτης από το πλαίσιο.
iv) Η επιτάχυνση του μαγνήτη.
v) Ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής η οποία διέρχεται από μία σπείρα του πλαισίου
Δίνεται g=10m/s2.
Αφιερωμένη στον Ανδρέα Ριζόπουλο, αφού η δική του ανάρτηση ΕΔΩ, μας θύμισε ότι υπάρχουν και αυτές οι ασκήσεις επαγωγής…
Καλημέρα Διονύση.
Αιφνιδιάζει κατ’αρχάς ,όμως το i) κάνει ενεργειακό νιάου -νιάου και πάμε στο ii) όπου έχουμε δυό γνωστά βγάζουμε το τρίτο με τον Ωhm και φτάνουμε στο iii) ! κολλάμε για λίγο μέχρι να μας έρθει η σχέση των ενεργειών FL και Wηλ και …ξεκολλάμε ,οπότε αφού φάγαμε το γαϊδαρο την ουρά θ’αφήσουμε;
Ωραίο θέμα
Ξέχασα ,διόρθωσε στην εκφώνηση την ένταση του ρεύματος σε 0,5 αντί ο,8Α
Καλημέρα. Διονύση το πλαίσιο είναι ακίνητο;
Καλημέρα !
Ωραίο θέμα Διονύση όπως και κάποια αλλά παρόμοια που έχεις φτιάξει στο παρελθόν.
Το ενεργειακό κομμάτι τόσο σε αυτές τις ασκήσεις όσο και στις κινήσεις των ράβδων μεσα σε ΟΜΠ χρειάζεται προσοχή. Διότι αν δεν έχει γίνει ανάλυση των ενεργειακών μετατροπών που συμβαίνουν και το έργο ποιών δυνάμεων είναι υπεύθυνο για αυτές καθώς και οι χειρισμοί που πρέπει να γίνουν καθιστουν τετοιου ειδους θέματα δύσκολα.
Εδώ η ανάλυση σου είναι λεπτομερής και ασχολείσαι με πολλά μεγέθη που έχουν ενδιαφέρον .
Καλημέρα παιδιά.
Εντυπωσιακή!!
Καλημέρα συνάδελφοι.
Παντελή, Δημήτρη, Κώστα και Γιάννη σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Πντελή το μάτι σσου είδε το 0,8… εγώ το έγραψα αλλά μετά ξέχασα να το διορθώσω…
Δημήτη, θεώρησα αυτονόητο ότι το πλαίσιο είναι ακίνητο, αλλά αφού το επισημαίνεις, θα κάνω διευκρινιστική προσθήκη.
Καλημέρα σε όλους. Εξαιρετικό θέμα Διονύση!
Kαλημέρα παιδιά.
Μου αρέσουν αυτού του είδους οι ασκήσεις όπου φαίνεται και η χρησιμότητα της σύμβασης που κάνουμε περί βόρειου και νότιου πόλου.
Διονύση πήρες διατήρηση ενέργειας για το σύστημα.(κάνω το δικηγόρο του διαβόλου)
Με ΘΜΚΕ για μαγνήτη
1/2mvv = Wβαρ +Wδυν,μαγν
Wδυν μαγ <0
ΆραFμαγ με φορά πάνω
Αρα Fπλαισιου φορά κάτω.
Το έργο της δυναμης του μαγνητη κατα απολυτη τιμη δείχνει πόση ενεργεια μεταφέρθηκε κατά την πτώση του μαγνήτη απο το συστημα μαγνήτης-Γη στο πλαισιο που εκλυεται τελικά ως θερμότητα στο περιβάλλον.
Η ένταση Β του μαγνητικού πεδίου του μαγνήτη σε κάθε στοιχειώδη τμήμα σπείρας αναλύεται σε δυο συνιστώσες. Μια κατακόρυφη προς τα κάτω και μια οριζόντια προς τα έξω.
Λόγω της κατακόρυφης οι στοιχειώδεις F είναι οριζόντιες με φορά προς το κέντρο έχουν συνισταμενη 0.
Λόγω της οριζόντιας οι στοιχειωδεις F έχουν φορά προς τα κάτω. Η αντίδραση της Fμαγ.
Δεν βλέπω κύριε καμιά δύναμη μαγνητικής φύσης να κινεί τα ηλεκτρόνια αλλά ο αγωγός διαρρέεται από ρευμα.
Είναι επικίνδυνο να μιλάμε για
δράση – αντίδραση?
Ο μαγνήτης σε αυτή την χρονική διάρκεια φαίνεται να πλησιάζει και όχι να απομακρύνεται από το πλάισιο.
Βέβαια και να είχε περάσει από πλαισιο ενεργειακά δεν αλλαζει κάτι.
Επίσης όταν πλησιάζει η ένταση του μαγνητικού πεδίου αυξάνεται στην περιοχή του πλαισιου άρα dΦ/dt σίγουρα θετικό πέρα απο τις συμβάσεις που προφανώς απαιτείται να κάνουμε.
Γειά σου Διονύση. Έξοχη άσκηση που αν τεθεί σε εξετάσεις θα κάνει μεγάλη ζημιά! Θέλει την κατάλληλη εκπαίδευση και εμβάθυνση για να ανταπεξέλθει ο υποψήφιος.
Νάσαι καλά.
Καλό μεσημέρι Αποστόλη, Γιώργο και Πρόδρομε. Σας ευχαριστώ παιδιά για το σχολιασμό.
Γιώργο φοβάμαι ότι σε …χάνω!
Όσον αφορά την εμφάνιση του επαγωγικού ρεύματος στον κυκλικό αγωγό, το δικαιολογούμε με βάση τη μεταβολή της μαγνητικής ροής, χωρίς να μιλήσουμε για το μη συντηρητικό επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο, λόγω μεταβολής της έντασης του μαγνητικού πεδίου, αφού δεν υπάρχει στην ύλη…
Η ανάλυσή σου για τη δύναμη Laplace στον κυκλικό αγωγό, με βρίσκει σύμφωνο.
Η δύναμη αυτή είναι κατακόρυφη με φορά προς τα κάτω, ενώ στο μαγνήτη ασκείται κατακόρυφη δύναμη προς τα πάνω, ίσου μέτρου. Βέβαια ο μηχανισμός δεν είναι ακριβώς ο ίδιος αφού ο μαγνήτης δεν είναι αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα, αλλά πρέπει να χρησιμοποιήσουμε μαγνήτιση, μαγνητική διπολική ροπή…
Έτσι επιλέγω να μείνουμε στην δράση-αντίδραση, σαν μια «λογική» απάντηση.
Όσον αφορά την αύξηση της μαγνητικής ροής και το πηλίκο ΔΦ/Δt νομίζω ότι πρέπει πρώτα να ορίσουμε την κάθετη και μετά να απαντήσουμε (αλλιώς μιλάμε για απόλυτη τιμή).
Έτσι αν πάρουμε την κάθετη στο πλαίσιο με φορά προς τα πάνω η ροή γίνεται αρνητική, οπότε πλησιάζοντας ο μαγνήτης μεταβάλλεται π.χ. από -1Wb σε -3Wb συνεπώς ΔΦ=-2Wb και ΔΦ/Δt<0.
Πολύ ωραία άσκηση Διονύση.
Καλησπέρα σε όλους, το ερώτημα
γ) “Η δύναμη που δέχεται ο μαγνήτης από το πλαίσιο”
είναι σαφώς το δυσκολότερο. Εδώ η λύση είναι ενεργειακή P(F’L)=Pηλ γιατί η ηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από ελάττωση της μηχανικής. Πολύ ωραίο και έξυπνο.
Σε ασκήσεις όμως όπως αυτή
το τοπίο γίνεται θολό για τους μαθητές.
Πού οφείλεται η ενεργειακή μετατροπή;Η πηγή της ενέργειας δεν είναι μηχανική (δεν κινείται το πλαίσιο).
Η ενέργεια προέρχεται από το εξωτερικό αίτιο που μεταβάλλει το μαγνητικό πεδίο.
Το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο δημιουργεί, σύμφωνα με τον νόμο Faraday:
ΣΕiΔliσυνθ=-dΦ/dt μη συντηρητικό ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο.
Αυτό το επαγόμενο ηλεκτρικό πεδίο:
Δεν ξέρω αν όλα αυτά νομιμοποιούμαστε να τα ζητάμε ως θέματα, άσχετα αν οφείλουμε να τα διδάσκουμε
Ευχαριστούμε Διονύση
Εξαιρετική!!!
Καλημέρα σε όλους.
Διονύση στη λύση που παραθέτεις γράφεις:
“Η δύναμη που δέχεται ο μαγνήτης είναι η αντίδραση της δύναμης Laplace που ασκείται στο πλαίσιο, μέσω του έργου της οποίας ένα μέρος της ενέργειας του μαγνήτη μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια στο πλαίσιο, η οποία στη συνέχεια θα μετατραπεί σε θερμική στην αντίσταση.”
Θα ήθελα να κάνω δύο επισημάνσεις που ίσως προλάβουν κάποιες παρανοήσεις:
1. Αν και η δύναμη που δέχεται ο μαγνήτης είναι αντίθετη από τη δύναμη Laplace που ασκείται στο πλαίσιο, δεν είναι αποτέλεσμα του 3ου νόμου του Νεύτωνα. Όπως αποδεικνύεται εδώ: Ισχύει ο 3ος Νόμος του Νεύτωνα για τις Δυνάμεις Laplace; – Πρότυπα Θέματα Φυσικής, δεν ισχύει ο 3ος νόμος του Νεύτωνα για τις δυνάμεις Laplace.
2. Το έργο της δύναμης Laplace δεν είναι πάντοτε ίσο με την μεταβολή της θερμικής ενέργειας σε κάθε κύκλωμα. Αυτό αποδεικνύεται εδώ: Η δύναμη Laplace και το έργο της και εδώ: B ΘΕΜΑ: Έργο της Laplace- Αντίσταση και Πηνίο – Υλικό Φυσικής – Χημείας.
Καλημέρα Θοδωρή, Χρήστο και Ανδρέα, σας ευχαριστώ για το σχολιασμό.
Ανδρέα, όσον αφορά την ισχύ του νόμου δράσης – αντίδρασης στον ηλεκτρομαγνητισμό, είναι ένα θέμα που το έχουμε συζητήσει στο παρελθόν. Υπάρχει πράγματι πρόβλημα για την άσκηση των δυνάμεων Lorentz μεταξύ δύο φορτίων αφού οι δυνάμεις αυτές διαδίδονται μέσω του μαγνητικού πεδίου και το πρόβλημα αντιμετωπίζεται με το να λάβουμε υπόψη την ορμή του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.
Αντίστοιχο πρόβλημα μπορεί να παρουσιαστεί και στις δυνάμεις σε αγωγούς, αφού τελικά το σχήμα των αγωγών και οι δυνάμεις σε μια έκταση (αγωγού) και όχι σε ένα μικρό τμήμα του, κάνει πιο δύσκολη τη μελέτη. Και εδώ η ορμή του πεδίου μπορεί να διορθώσει το πρόβλημα διατήρησης της ορμής. Πάντως πρακτικά ακόμη και οι μηχανικοί, σε σχετικά απλά σχήματα εφαρμόζουν τον 3ο νόμο, θεωρώντας ότι δεν δημιουργείται πρόβλημα, λαμβάνοντας υπόψη τις δυνάμεις για όλο τον αγωγό και οχι για τμήμα του.
Μένει να δούμε στην παρούσα ανάρτηση, τι συμβαίνει. Θα δεχτούμε διάνυσμα poynting και διάδοση ηλεκτρομαγνητικού κύματος, έξω από το σύστημα μαγνήτη-κυκλικού αγωγού; Αν το κάνουμε, τότε ναι, η διατήρηση της ενέργειας θα πρέπει να συμπεριλάβει και την ενέργεια αυτή. Αν θεωρήσουμε αμελητέα την εκπεμπόμενη ενέργεια, τότε η ενέργεια που αφαιρείται από τον μαγνήτη μεταφέρεται στον κυκλικό αγωγό και η διατήρηση της ενέργειας θα συμπεριλάβει μόνο αυτά τα σώματα. Το αν τώρα, η δύναμη στο μαγνήτη πρέπει να ονομαστεί «αντίδραση της δύναμης Laplace» ή αν θα έπρεπε να γράψω «η δύναμη που ασκείται στον μαγνήτη, από το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ο κυκλικός αγωγός, λόγω του επαγωγικού ρεύματος», αφήνεται στην κρίση των αναγνωστών μας.
Όσον αφορά την ισχύ της δύναμης Laplace. Μιλάμε για ένα κινούμενο αγωγό ο οποίος δέχεται δύναμη από το μαγνητικό πεδίο. Το έργο της δύναμης Laplace μετράει την ενέργεια που αφαιρείται από τον αγωγό (μειώνοντας την κινητική του ενέργεια ή μη αφήνοντάς την να αυξηθεί) και μεταφέρεται στο κλειστό κύκλωμα με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας. Το τι θα γίνει από κει και πέρα, εξαρτάται από το τι υπάρχει στο κύκλωμα. Αν στο κύκλωμα βάλω ένα κινητήρα, μπορώ να πάρω μηχανική ενέργεια ξανά!
Βέβαια όταν αναφερόμαστε στα συνήθη κυκλώματα η ηλεκτρική αυτή ενέργεια εμφανίζεται σαν θερμότητα στους αντιστάτες. Και πάντως σίγουρα στο κυκλικό αγωγό του σχήματος η ηλεκτρική ενέργεια θα μετατραπεί σε θερμική πάνω στην αντίστασή του.
Θοδωρή επανέρχομαι για το δικό σου σχόλιο…