Σάββατο, 28 Μαρτίου 2009

Νόμος της επαγωγής και φορά του ρεύματος.

Ένα τετράγωνο πλαίσιο ΑΓΔΕ βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο, με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Στο διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της ροής που διέρχεται από το πλαίσιο σε συνάρτηση με το χρόνο.
i)   Ποια η φορά της κάθετης στο πλαίσιο;
ii)  Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος.
·   Για t=2s το πλαίσιο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, με φορά από το Α στο Γ.
·   Η ένταση του μαγνητικού πεδίου τη χρονική στιγμή t=0, είναι  ίση με μηδέν.       
·   Ενώ τη χρονική στιγμή t=1s η ένταση του πεδίου είναι κάθετη στο πλαίσιο με φορά προς τα κάτω, τη χρονική στιγμή t=7s έχει φορά προς τα πάνω.
·   Τη χρονική στιγμή t=5s το κύκλωμα δεν διαρρέεται από ρεύμα.
·   Από 0-4s η Ηλεκτρεγερτική δύναμη που αναπτύσσεται στο πλαίσιο είναι σταθερή.
iii) Να σχεδιάσετε τη φορά του ρεύματος που διαρρέει το πλαίσιο τις χρονικές στιγμές: 
α. t=2s.                       β. t=5s.             γ. t=7s.
iv) Να βρεθεί η μέση ΗΕΔ που αναπτύσσεται στο πλαίσιο από 0-4s καθώς και η στιγμιαία τιμή της, τη χρονική στιγμή t=3s.

 .
.

Μαγνητικό πεδίο σωληνοειδούς και Επαγωγή.

Στο παραπάνω σχήμα, γύρω από ένα πυρήνα μαλακού σιδήρου, τυλίξαμε δύο πηνία Π1 και Π2. Στα άκρα του σωληνοειδούς Π1 συνδέεται γεννήτρια, οπότε διαρρέεται από ρεύμα.
i)     Να σχεδιάστε τη φορά του ρεύματος και τη φορά των δυναμικών γραμμών του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του.
ii)    Στο άκρο που είναι προς το πηνίο Π2 τι μαγνητικός πόλος δημιουργείται;
iii)   Το δεύτερο κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα; Να δικαιολογήστε την απάντησή σας.
iv)   Ποια η φορά του ρεύματος που διαρρέειτο δεύτερο κύκλωμα;
.

Μαγνητικό πεδίο ευθύγραμμων αγωγών.

Ένας ευθύγραμμος οριζόντιος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι1 και ορίζει με ένα σημείο Α, που απέχει απ’ αυτόν απόσταση 10cm, ένα οριζόντιο επίπεδο. Ένας δεύτερος ευθύγραμμος αγωγός είναι κατακόρυφος και διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι2. Η απόσταση του σημείου Α από τον δεύτερο αγωγό είναι ΟΑ=5cm.
Ποιες προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος.
i)     Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ο οριζόντιος αγωγός, στο σημείο Α, είναι οριζόντια.
ii)    Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ο οριζόντιος αγωγός, στο σημείο Α, είναι κατακόρυφη.
iii)   Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ο κατακόρυφος αγωγός, στο σημείο Α, είναι οριζόντια.
iv)   Η ένταση του πεδίου που δημιουργεί ο κατακόρυφος αγωγός, στο σημείο Α, είναι κατακόρυφο.
v)    Ο κατακόρυφος αγωγός δεν δέχεται δύναμη από το μαγνητικό πεδίο του οριζόντιου αγωγού.
.

Μαγνητικό πεδίο κυκλικού αγωγού.

.
Δίνεται ο κατακόρυφος κυκλικός αγωγός του σχήματος με κέντρο Ο. Μόλις κλείσουμε τον διακόπτη δ:
i)   Στο κέντρο Ο δημιουργείται μαγνητικό πεδίο με φορά κατακόρυφη προς τα πάνω..
ii)  Το μαγνητικό πεδίο του αγωγού είναι ομογενές.
iii) Ο μαγνήτης έλκεται από τον κυκλικό αγωγό.
iv) Ο μαγνήτης απωθείται από τον κυκλικό αγωγό.

.

Τρίτη, 24 Μαρτίου 2009

Επαγωγική τάση και διαφορά δυναμικού.


Ο αγωγός ΚΛ μήκους L=4m, έχει αντίσταση R=4Ω και κινείται όπως στο σχήμα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=2Τ με ταχύτητα υ=5m/s. Δίνεται ακόμη (ΔΖ)=2m και R1=3Ω.
i)   Να βρεθεί η ΗΕΔ από επαγωγή που αναπτύσσεται πάνω στον αγωγό ΚΛ.
ii)  Να υπολογιστεί η τάση VΚΛ.


Κυριακή, 22 Μαρτίου 2009

Διαγωνισμός Ξανθόπουλου 2009

.

Πραγματοποιήθηκε σήμερα στην Δράμα ο ετήσιος διαγωνισμός στη μνήμη του Βασίλη Ξανθόπουλου.

Δείτε τα θέματα που εξετάσθηκαν οι μαθητές 

Πολική τάση πηγής και κινητήρα.

1)   Έστω ότι ο αγωγός ΑΓ κινείται όπως στο σχήμα με ταχύτητα 5m/s μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=2Τ, έχει μήκος l=1m και αντίσταση r=2Ω και σε κάποια στιγμή διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=3 Α . Ποια η τάση VΑΓ;
 
Απάντηση:
Ο αγωγός κινείται κάθετα στις δυναμικές γραμμές ενός ΟΜΠ οπότε αναπτύσσεται πάνω του μια ΗΕΔ από επαγωγή:
Ε=Βυ; = 2·5·1V= 10V
Με πολικότητα όπως στο σχήμα.
Ο αγωγός δηλαδή λειτουργεί σαν πηγή και δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα, άρα η τάση VΑΓ δεν είναι τίποτα άλλο από την πολική τάση της πηγής, δηλαδή:
VΑΓ=Vπολ=Ε-Ιr
VΑΓ=Vπολ=Ε-Ιr = 10V- 3 Α ·2Ω= 4V.

2)  Έστω τώρα ότι ο αγωγός ΑΓ κινείται επίσης με ταχύτητα 5m/s μέσα σε ΟΜΠ έντασης Β=2Τ, έχει μήκος 1m και αντίσταση r=2Ω και σε μια στιγμή το κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=3 Α, όπως στο σχήμα. Ποια είναι τώρα η τάση VΑΓ;

Απάντηση:
Και πάλι ο αγωγός κινείται κάθετα στις  δυναμικές γραμμές ενός ΟΜΠ οπότε αναπτύσσεται πάνω του μια ΗΕΔ από επαγωγή:
Ε=Βυ; = 2·5·1V= 10V
Με πολικότητα όπως στο σχήμα.
Τώρα όμως διαρρέεται από ρεύμα αντίθετης φοράς από αυτή που ο ίδιος θα παρείχε στο κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι περνώντας τα φορτία (θετικά κατά σύμβαση) από την πηγή με ΗΕΔ Εεπ μεταφέρονται από τον θετικό της πόλο στον αρνητικό. Μεταφέρονται δηλαδή από ένα σημείο με μεγαλύτερο δυναμικό σε σημείο με μικρότερο δυναμικό. Η δυναμική ενέργεια των φορτίων μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι τα φορτία δίνουν ενέργεια στην πηγή.
Τι σημαίνει αυτό; Ότι η πηγή εδώ δεν λειτουργεί ως πηγή, αλλά ως αποδέκτης, ο οποίος απορροφά ενέργεια από το κύκλωμα και την μετατρέπει σε άλλη μορφή ενέργειας.
Θυμηθείτε τι συμβαίνει όταν φορτίζετε το κινητό σας…. Η μπαταρία φορτίζεται!!! Παίρνει ηλεκτρική ενέργεια και δεν δίνει.
Εδώ ο αγωγός αφαιρεί ηλεκτρική ενέργεια από το κύκλωμα και την μετατρέπει σε μηχανική ενέργεια, αφού ο αγωγός επιταχύνεται από την ασκούμενη δύναμη Laplace και η κινητική του ενέργεια αυξάνεται. Ο αγωγός ΑΓ λοιπόν, εδώ λειτουργεί ως κινητήρας και όχι ως πηγή.
Πόση είναι τώρα η πολική τάση του κινητήρα;
Ας δούμε το παρακάτω σχήμα όπου έχουν σχεδιαστεί και η ΗΕΔ από επαγωγή και η εσωτερική αντίσταση του αγωγού ΑΓ και έστω ένα σημείο Δ μεταξύ τους.
Έχουμε:
VΑ-VΔ= Εεπ  (1)
VΔ- VΓ=Ι·r   (2)
Με πρόσθεση των (1) και (2) παίρνουμε:
VΑ-VΓεπ + Ι·r
Και με αντικατάσταση παίρνουμε:
VΑΓ= Εεπ + Ι·r= 10V+ 3·2V=16V.
Συμπέρασμα:
Μια πηγή σε ένα κύκλωμα μπορεί να λειτουργεί πραγματικά σαν γεννήτρια και τότε η πολική της τάση είναι μικρότερη από την ΗΕΔ και ισχύει Vπολ=Ε-Ι·r, αλλά μπορεί να λειτουργεί και ως αποδέκτης και τότε η πολική τάση υπακούει στην εξίσωση Vπολ=Ε+Ιr.
Μπορείτε να κατεβάσετε το αρχείο και σε pdf.
.


HEΔ από επαγωγή και τάση.

Ένα τετράγωνο συρμάτινο πλαίσιο διέρχεται από μια περιοχή που υπάρχει ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο, όπως στο σχήμα, με σταθερή ταχύτητα. Σε ποια από τις θέσεις που έχουν σχεδιαστεί στο σχήμα η τάση VΚΛ είναι μεγαλύτερη και γιατί;


.

Παρασκευή, 20 Μαρτίου 2009

Κίνηση και οριακή ταχύτητα αγωγού.


Στο κύκλωμα του σχήματος δίνονται Ε=16V, r=1Ω, Β=2Τ ενώ ο αγωγός ΑΓ έχει μήκος l=1m, μάζα 3kg και αντίσταση R=3Ω. Για t=0 εκτοξεύουμε τον αγωγό με ταχύτητα 10m/s, όπως στο σχήμα.
i)     Ποια η αρχική επιτάχυνση του αγωγού ΑΓ;
ii)    Για την στιγμή που ο αγωγός κινείται προς τα δεξιά με ταχύτητα υ1=4m/s, ποια η επιτάχυνση του αγωγού και με ποιο ρυθμό η κινητική ενέργεια του αγωγού μετατρέπεται σε ηλεκτρική;
iii)   Να περιγράψτε την κίνηση του αγωγού μέχρι να μηδενιστεί η ταχύτητά του. Πόση είναι η επιτάχυνση του αγωγού ΑΓ, τη στιγμή που μηδενίζεται η ταχύτητά του;
iv)   Να υπολογιστεί η οριακή του ταχύτητα.


.

Τετάρτη, 18 Μαρτίου 2009

Κίνηση φορτισμένου σωματιδίου σε ομογενές Ηλεκτρικό και Μαγνητικό πεδίο.

.
Από τον συνάδελφο Σωτήρη Καπερώνη έλαβα μια άσκηση πάνω σε κίνηση ενός φορτισμένου σωματιδίου σε Ηλεκτρικό και Μαγνητικό πεδίο. Θα ήθελα να τον ευχαριστήσω για την προσφορά του αυτή. Δείτε την άσκηση:
--------------------------
 


Τεστ Επαγωγής.

1.   Ο αγωγός ΑΓ μάζας 2kg εκτοξεύεται οριζόντια με αρχική ταχύτητα υ0=10m/s, όπως στο σχήμα.

i)  Στον αγωγό αναπτύσσεται …………… από ………… ….η οποία υπολογίζεται από την σχέση …………… ή και από την σχέση………..
ii) Το κύκλωμα διαρρέεται από …………… ηλεκτρικό ρεύμα με φορά από το ….. προς το ………
iii) Να σχεδιάστε την δύναμη που ασκείται στον αγωγό ΑΓ από το μαγνητικό πεδίο δικαιολογώντας την κατεύθυνσή της.
iv) Κάποια στιγμή η κινητική ενέργεια του αγωγού μειώνεται με ρυθμό 20J/s. Για την στιγμή αυτή:
a)  Ποια η ισχύς της δύναμης Laplace;
b) Πόση ηλεκτρική ισχύς εμφανίζεται στο κύκλωμα;
c) Με ποιο ρυθμό παράγεται θερμότητα στον αντιστάτη R;
iv) Πόση συνολικά θερμότητα θα παραχθεί πάνω στον αντιστάτη;
Μονάδες                   3·2+3+2=11

2.   O αγωγός ΑΓ του σχήματος έχει μάζα 2kg, αντίσταση  R=3Ω, μήκος l=1m και κινείται οριζόντια όπως στο σχήμα, μέσα σε ομογενές κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο έντασης Β=2Τ, με την επίδραση μιας οριζόντιας δύναμης F=4N, όπως στο σχήμα. H πηγή έχει Ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε=20V και εσωτερική αντίσταση r=1Ω. Σε μια στιγμή ο αγωγός έχει ταχύτητα υ=4m/s με φορά προς τα δεξιά. Για τη στιγμή αυτή:

i)   Βρείτε την ΗΕΔ από επαγωγή που αναπτύσσεται στον αγωγό και την ένταση  του ρεύματος που τον διαρρέει.
ii)  Πόση επιτάχυνση έχει ο αγωγός;
iii) Τη στιγμή αυτή έχουμε μετατροπή Μηχανικής ενέργειας σε Ηλεκτρική ή αντίστροφα; Να δικαιολογήσετε αναλυτικά την απάντησή σας.
iv) Για την παραπάνω μετατροπή να βρείτε τον ρυθμό μετατροπής της ενέργειας από την μια μορφή στην άλλη.
Μονάδες                   3+2+3+2=10

Τρίτη, 17 Μαρτίου 2009

Διαγώνισμα στον Ηλεκτρισμό της Γ΄ Γυμνασίου.

.
Από τον συνάδελφο Νίκο Καχριμάνη ένα διαγώνισμα για τους μαθητές της Γ΄Γυμνασίου.Να τον ευχαριστήσω για μια άλλη φορά για την προσφορά του και να προσθέσω μια σκέψη. Σκέφτομαι ότι αν ένας μαθητής της Β' Λυκείου μπορεί να ανταποκριθεί, είναι ένας καλός μαθητής.......
............................................
Στο κύκλωμα του σχήματος οι λαμπτήρες έχουν αντιστάσεις R1=6Ω, R2=3Ω και R3=6Ω. και τροφοδοτούνται από πηγή τάσης V=32V.

  1. Ποια είναι η ολική αντίσταση του κυκλώματος;
  2. Πόσα ampere το λιγότερο, πρέπει να είναι η ασφάλεια, ώστε το κύκλωμα να λειτουργεί κανονικά;
  3. Οι λαμπτήρες 1 και 2 διαρρέονται από τα ρεύματα Ι1 και Ι2 αντίστοιχα. Ποιος από τους δύο λαμπτήρες διαρρέεται από περισσότερο ρεύμα και πόσο είναι αυτό;

Δείτε όλο το διαγώνισμα από ΕΔΩ.
.

Επαγωγή και κανόνας του Lenz.

.Δύο όμοιοι μαγνήτες Α και Β αφήνονται να πέσουν από το ίδιο ύψος h και στην πορεία τους διέρχονται από δύο όμοιους κυκλικούς αγωγούς με μόνη διαφορά τους ότι ο (1) έχει μια μικρή εγκοπή.

  1. Φαινόμενο επαγωγής εμφανίζεται στον κυκλικό αγωγό κατά την πτώση:   
    α) μόνο του Α               β) μόνο του Β               γ) και των δύο μαγνητών.
  2. Να σχεδιάστε για την πτώση του μαγνήτη Β την ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον κυκλικό αγωγό, στις θέσεις που φαίνονται στα παρακάτω σχήματα.
                             
  3. Στις δύο παραπάνω θέσεις ο κυκλικός αγωγός έλκεται ή απωθείται από τον μαγνήτη; Πώς ονομάζεται η δύναμη που δέχεται ο κυκλικός αγωγός από τον μαγνήτη; Εξαρτάται η δύναμη αυτή από το πάχος του κυκλικού αγωγού;
  4. Αν ο Α μαγνήτης φτάνει στο έδαφος  σε χρόνο t1=0,8s, ο Β θα φτάσει σε χρόνο: 
    α) 0,8s              β) 0,7s              γ) 0,9s.
  5. Αν η ταχύτητα με την οποία ο Α μαγνήτης φτάνει στο έδαφος είναι 8m/s, ο Β θα φτάσει με ταχύτητα:        
    α) 8m/s             β)  7 m/s           γ) 9 m/s
 Δίνεται ότι οι κυκλικοί αγωγοί συγκρατούνται στις θέσεις τους κατά την κίνηση του μαγνήτη.

Δευτέρα, 16 Μαρτίου 2009

Διαγωνισμός Φυσικής της ΕΕΦ.

.
Δείτε τα θέματα του διαγωνισμού της ΕΕΦ του 2009 ανά τάξη.