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.
Θοδωρή, οι μαθητές πρέπει να διδαχτούν ότι το φαινόμενο της επαγωγής περιλαμβάνει δύο εντελώς διαφορετικές εκδοχές, κάτω από τον ίδιο νόμο. Με συνδετικό κρίκο τη μεταβολή της μαγνητικής ροής.
Πάμε λοιπόν στις ενεργειακές μεταβολές.
Νομίζω ότι τα πράγματα είναι περισσότερο καθαρά στην περίπτωση της σχετικής κίνησης. Βρίσκουμε την δύναμη, το έργο της οποίας εκφράζει την μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική, η ισχύς της οποίας εκφράζει και την ηλεκτρική ισχύ στο κύκλωμα. Η πιο απλή εκδοχή, η περίπτωση του σχήματος, όπου η ισχύς της δύναμης Laplace ίση με Ρ=-FL∙υ ενώ ισχύς του ρεύματος Eεπ∙I.
Η πρώτη αναφέρεται στον αγωγό ο οποίος «χάνει» ενέργεια, η δεύτερη αναφέρεται στην ηλεκτρική ισχύ της «πηγής» λόγω επαγωγής.
Νομίζω ότι δεν μένουν κενά.
Διονύση δεν χρειάζεται να μπερδέψουμε ορμές μαγνητικού πεδίου και διανύσματα pointing.
Όπως φαίνεται εδώ:
Ισχύει ο 3ος Νόμος του Νεύτωνα για τις Δυνάμεις Laplace; – Πρότυπα Θέματα Φυσικής
ακόμα και στην απλή περίπτωση μη παράλληλων ρευματοφόρων αγωγών, ο 3ος νόμος του Νεύτωνα δεν ισχύει. Αυτό θα μπορούσε να έχει αναφερθεί στους μαθητές ώστε να αποφευχθούν πιθανές παρανοήσεις.
Μπορεί να φαίνεται ότι στην ειδική περίπτωση του μαγνήτη με το κυκλικό βρόχο ο 3ος νόμος ισχύει αλλά γενικά είναι λάθος και έτσι καλλιεργούμε μια παρανόηση.
Θα μπορούσαμε βεβαίως να μη ζητήσουμε καθόλου τον υπολογισμό της δύναμης που ασκείται στο μαγνήτη, αν θέλουμε να αποφύγουμε οποιαδήποτε σχετική συζήτηση.
Ανδρέα δεν υπολόγισα τη δύναμη Laplace και να πάρω την αντίδρασή της! Απλά της έδωσα ένα όνομα.
Η δύναμη είναι αυτή, αφού αυτό επιβάλλει η διατήρηση της ενέργειας.
Καλημέρα παιδιά.
Από τον Βαγγέλη Κορφιάτη:
Αλληλεπίδραση δύο βρόχων.
Εδώ και τα σχόλια:
Φαίνεται λοιπόν ότι στην ανάρτηση του Διονύση ισχύει ο 3ος νόμος.
Πάμε τώρα στην άσκηση που αναφέρεις Θοδωρή:
Από τη στιγμή που δεν έχουμε κίνηση οι ασκούμενες δυνάμεις Laplace δεν παράγουν έργο. Οπότε σταματάμε να μιλάμε όπως παραπάνω.
Έχουμε όμως ΗΕΔ από επαγωγή και σε κλειστό κύκλωμα θα έχουμε ηλεκτρική ισχύ Εεπ∙i, την οποία μπορούμε και να υπολογίζουμε και σταματάμε εκεί. Είναι λογικό να σταματήσουμε;
Ας δούμε τι λέμε, όταν έχουμε το κύκλωμα:
Λέμε ότι η πηγή παρέχει ενέργεια… Και πού την βρήκε η πηγή την ενέργεια; Ασχολούμαστε με το αν αυτή είναι μια αλκαλική μπαταρία ή μια μπαταρία αυτοκινήτου ή μια πρίζα με ανορθωτή; Αν έχουμε χημική ενέργεια που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ή φωτεινή ενέργεια να παράγει ρεύμα σε ένα φωτοβολταϊκό;
Δεν ασχολούμαστε με το τι κρύβεται πίσω από το όνομα «πηγή». Ας το κάνουμε και στην επαγωγή!
Άλλωστε ποιος ξέρει τι κρύβεται πίσω από τον κουρτίνα; Μήπως η ροή του σχήματος που δίνεις Θοδωρή οφείλεται σε ένα κινούμενο μαγνήτη, τον οποίο απλά δεν τον βλέπουμε;
Αλλά για να μην θεωρηθεί αυτό σαν υπεκφυγή, πάμε το δούμε …κατάματα.
Αν μεταβάλλεται με οποιοδήποτε τρόπο η μαγνητική ροή, σημαίνει ότι μεταβάλλεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου, στην περιοχή του πλαισίου. Αλλά μαγνητικό πεδίο σημαίνει, ότι στο χώρο έχουμε ενέργεια μαγνητικού πεδίου. Αλλάζοντας η ένταση του πεδίου, αλλάζει η ενέργεια ανά μονάδα όγκου, του μαγνητικού πεδίου. Εδώ ακριβώς «κρύβεται» η πηγή της ενέργειας. Το μαγνητικό πεδίο παρέχει την ενέργεια που εμφανίζεται στο κύκλωμα ως ηλεκτρική ενέργεια. ΠΡΟΣΟΧΗ: Δεν λέμε κουβέντα για επαγωγικό ηλεκτρικό πεδίο… Δεν είναι στην ύλη, αλλά δεν είναι απαραίτητο να το εμπλέξουμε Για ενέργεια μιλάμε και μας είναι αρκετό το μαγνητικό πεδίο.
Θα μου πεις και πού το ξέρουν οι μαθητές ότι το μαγνητικό πεδίο έχει ενέργεια. Εδώ μια πρώτη κουβέντα μπορεί να ειπωθεί κατά αναλογία με την ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου ενός πυκνωτή, μέχρι να διδαχθεί η αυτεπαγωγή. Όταν με το καλό φτάσεις εκεί, τότε μπορείς να ανοίξεις το διακόπτη του παρακάτω σχήματος
και να μιλήσεις για την συνέχεια και για την ενέργεια στην αντίσταση R ή για την αντίσταση R1. Νομίζω ότι μπορεί κάλλιστα να φανεί ότι μέσω του μαγνητικού πεδίου του (α) πηνίου, μεταφέρεται ενέργεια στο δεύτερο κύκλωμα. Μέρος της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου του πηνίου μεταφέρεται ως ηλεκτρική ενέργεια, λόγω αυτεπαγωγής στην αντίσταση R και το υπόλοιπο μεταφέρεται λόγω (αμοιβαίας) επαγωγής και μεταβολής της ροής στο δεύτερο κύκλωμα.
Διονύση, το σχόλιό μου δεν αφορούσε υπολογισμό της Laplace.
Αυτό που ήθελα να επισημάνω είναι ότι η φράση “η δύναμη στον μαγνήτη είναι η αντίδραση της Laplace στο πλαίσιο” μπορεί εύκολα να εκληφθεί ως αναφορά στον 3ο νόμο. Αν εδώ χρησιμοποιείς τη λέξη “αντίδραση” απλώς ως ονομασία και όχι με τη σημασία δράσης–αντίδρασης, ίσως χρειάζεται μια μικρή διευκρίνιση για να μην δημιουργηθεί παρανόηση.
Γιάννη, μη μπερδευόμαστε με την ανάρτηση του Βαγγέλη Κορφιάτη.
Πράγματι στην περίπτωση του μαγνήτη και του πλαισίου οι δυνάμεις προκύπτουν αντίθετες. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι αποτελούν ζεύγος δράσης–αντίδρασης.
Στις μαγνητικές αλληλεπιδράσεις ο 3ος νόμος δεν ισχύει, όπως αποδεικνύεται εδώ: Ισχύει ο 3ος Νόμος του Νεύτωνα για τις Δυνάμεις Laplace; – Πρότυπα Θέματα Φυσικής
Στην περίπτωση του μαγνήτη με το πλαίσιο απλώς προκύπτει αριθμητικά ότι οι δύο δυνάμεις είναι αντίθετες.
Όπως συμβαίνει και στην ισορροπία ενός σώματος σε οριζόντιο δάπεδο, το βάρος του σώματος δεν είναι η δύναμη που ασκείται στο δάπεδο από το σώμα, απλώς προκύπτει ότι οι δύο δυνάμεις είναι ίσες μεταξύ τους.
Με αφορμή τα παραπάνω σχόλια, ρώτησα το Deepseek:
Αφήνουμε να πέσει ένας ραβδόμορφος μαγνήτης ο οποίος δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο μέγιστης έντασης Β=0,1Τ. Σε μια στιγμή ο μαγνήτης έχει ταχύτητα υ=2m/s. Μπορούμε να υπολογίσουμε την ενέργεια που εκπέμπεται την παραπάνω στιγμή;
Απάντηση:
Για να υπολογίσουμε την ενέργεια (ή την ισχύ) που εκπέμπεται, πρέπει να κάνουμε μια προσέγγιση της φυσικής κατάστασης.
Ο ραβδόμορφος μαγνήτης συμπεριφέρεται σαν ένα μαγνητικό δίπολο. Όταν αυτό το δίπολο επιταχύνεται, εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως ακριβώς ένα ηλεκτρικό δίπολο εκπέμπει όταν ταλαντώνεται.
1. Το μοντέλο: Μαγνητικό δίπολο
Διαβάστε τη συνέχεια σε pdf: Εκπομπή ΗΜΚ…
Θα άξιζε να συγκριθεί η παραπάνω ακτινοβολούμενη ισχύς:
με την ηλεκτρική ισχύ στο κυκλικό αγωγό, η οποία είναι ίση με Ρηλ=Ε∙Ι=0,2W.
Για να δούμε αν πρέπει να βάλουμε στη συζήτηση την ενέργεια που ακτινοβολείται λόγω κίνησης του μαγνήτη ή πρέπει να μείνουμε στα… καθιερωμένα, όπου η μείωση της μηχανικής ενέργειας του μαγνήτη, εμφανίζεται με την μορφή της ηλεκτρικής ενέργειας στον κυκλικό αγωγό, λόγω επαγωγής.
Αλλά και μια διαφωνία, ακόμη πιο ισχυρή, όσον αφορά την ενέργεια που “ακτινοβολείται” από το Gemini:
ΥΓ.
Την μετέφερα στο DeepSeek και … συμφώνησε!
Συνέχισα στο Gemini, τις απορίες:
Και αν κάτω απο το μαγνήτη είναι ένας κυκλικός αγωγός, όπου τη στιγμή που μελετάμε, λόγω επαγωγής έχουμε ηλεκτρική ισχύ ίση με 0,2W, τι συμβαίνει με την ακτινοβολία;
Ας προσέξουμε την απάντηση:
Ναι, σε αυτή την περίπτωση υπάρχει ακτινοβολία, αλλά η φυσική της προέλευση είναι διαφορετική από αυτή που ίσως φαντάζεσαι. Η ακτινοβολία δεν προέρχεται απευθείας από τον μαγνήτη, αλλά από τον κυκλικό αγωγό.
Ας δούμε την αλυσίδα των γεγονότων που οδηγεί στην εκπομπή ενέργειας:
1. Επαγωγή και ΡεύμαΚαθώς ο μαγνήτης πέφτει προς τον ακίνητο αγωγό, η μαγνητική ροή που διαπερνά την επιφάνειά του μεταβάλλεται. Σύμφωνα με τον νόμο του Faraday, στον αγωγό αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή Ε=-dΦ/dt. Αυτό δημιουργεί ένα επαγωγικό ρεύμα I το οποίιο μεταβάλλεται.
2. Γιατί εκπέμπεται ακτινοβολία;Το ρεύμα στον αγωγό αποτελείται από ηλεκτρόνια που κινούνται. Επειδή ο μαγνήτης επιταχύνεται (λόγω g) και η απόσταση μεταβάλλεται, η ένταση του ρεύματος Ι μεταβάλλεται επίσης στον χρόνο.
Και στη συνέχεια για τον υπολογισμό της ισχύος που ακτινοβολείται:
Ανδρέα γνωστός ο προβληματισμός περί δυνάμεων Λαπλάς και τρίτου νόμου:
Η δύναμη Λαπλάς και ο τρίτος νόμος.
Το θέμα είναι αν εδώ (στη συγκεκριμένη περίπτωση δηλαδή) ισχύει ότι οι δυνάμεις είναι αντίθετες. Επειδή είναι αντίθετες ο χειρισμός του Διονύση είναι σωστός.
Γιάννη ο Διονύσης φαίνεται σαν επικαλείται τον 3ο νόμο του Νεύτωνα. Αυτό είναι το λάθος. Πράγματι στην περίπτωση του μαγνήτη και του πλαισίου οι δυνάμεις προκύπτουν αντίθετες. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι αποτελούν ζεύγος δράσης–αντίδρασης.
Ανδρέα καταλαβαίνεις από την ανάρτησή μου του 2019 αλλά και τα σχόλια που έκανα στην ανάρτηση του Βαγγέλη ότι δεν μιλώ για δράση – αντίδραση.
Ο Διονύσης γνωρίζει το θέμα αλλά απευθύνει κάτι σε μαθητές και επιλέγει οικεία σ’ αυτούς γλώσσα.
Γλώσσα που έχουν συνηθίσει μια και σαν παράδειγμα του 3ου νόμου τους έχει αναφερθεί η δύναμη μεταξύ δύο ραβδόμορφων μαγνητών.
Θυμάμαι τον Ανδρέα Κασσέτα να θέτει το ερώτημα:
-Ένα καρφί έλκει ένα μαγνήτη;
Η αποτυχία στην απάντηση (μας είπε ότι) ήταν εντυπωσιακή και μια απάντηση δόθηκε από Χημικό ο οποίος επικαλέστηκε απόσπασμα από βιβλίο του Τζακ Λόντον!!!
Γιάννη γράφεις: “Ο Διονύσης γνωρίζει το θέμα αλλά απευθύνει κάτι σε μαθητές και επιλέγει οικεία σ’ αυτούς γλώσσα.”
Νομίζω ότι θα πρέπει ή να αποφύγουμε αυτή την απλοϊκή προσέγγιση ή να διευκρινισουμε ότι η λέξη “αντίδραση” δεν χρησιμοποιείται στο πλαίσιο του 3ου νόμου. Το προτιμότερο θα ήταν να μη είχε ζητηθεί καθόλου η δύναμη που ασκείται στο μαγνήτη.