Επαγωγή και μετατροπή ενέργειας.

Ένας αγωγός ΑΓ, μήκους ℓ, εκτοξεύεται οριζόντια με αρχική ταχύτητα υ₀, σε επαφή με δυο οριζόντιους αγωγούς, στα άκρα των οποίων έχει συνδεθεί μια πηγή ΗΕΔ Ε, ενώ το όλο σύστημα βρίσκεται μέσα σε ένα κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο έντασης Β, όπως στο σχήμα. Αν υ₀=2Ε/Βℓ, τότε:

i) Ο αγωγός ΑΓ, μετά την εκτόξευσή του θα:

α) επιβραδυνθεί  

β) επιταχυνθεί              

γ) θα κινηθεί με σταθερή ταχύτητα.

ii) Κατά την κίνηση του αγωγού, αμέσως μετά την εκτόξευση:

 α) Η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.

 β) Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική.

iii) Ο αγωγός ΑΓ τελικά θα:

α) σταματήσει.

β) θα κινηθεί με σταθερή ταχύτητα

Απάντηση:

ή

Επαγωγή και μετατροπή ενέργειας.

Πώς μεταβάλλεται η ταχύτητα ενός αγωγού;

i)   Να αντιστοιχίσετε τις κινήσεις της αριστερής στήλης του παρακάτω πίνακα με τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις της ταχύτητας του αγωγού, της δεξιάς στήλης, δίνοντας και σύντομες επεξηγήσεις.

Κίνηση	Διάγραμμα
(1)	(α)
(2)	(β)
(3)	(γ)
(4)	(δ)
(5)	(ε)
	(στ)

ii) Σε μια από τις παραπάνω περιπτώσεις ο ρυθμός μεταβολής της δυναμικής ενέργειας του αγωγού είναι σταθερός και ίσος με -4J/s. Σε ποια κίνηση αναφερόμαστε, ποιο το αντίστοιχο διάγραμμα της ταχύτητας και με ποιο ρυθμό παράγεται θερμότητα στον αντιστάτη, στην περίπτωση αυτή;

Απάντηση:

ή

Πώς μεταβάλλεται η ταχύτητα ενός αγωγού;

Ένα test Ηλεκτρομαγνητισμού.

Στο σχήμα δίνεται ένας κατακόρυφος ευθύγραμμος αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα και δύο σημεία στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο Α και Γ που απέχουν κατά r και 2r αντίστοιχα από τον αγωγό.

i)  Η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Α έχει την κατεύθυνση του διανύσματος:

α) 1          β) 2              γ) 3              δ) 4

ii) Το μέτρο της έντασης στο σημείο Α δίνεται από την εξίσωση ……….………… όπου ……………………………………..

iii) Να σχεδιάστε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Γ. Αν η ένταση του πεδίου στο σημείο Α έχει μέτρο Β_Α=4·10^-5Τ, πόσο είναι το μέτρο της έντασης στο σημείο Γ και γιατί;

Δείτε ολόκληρο το test από εδώ.

Δύναμη Laplace και υπολογισμός της.

Τα παραπάνω συρμάτινα πλαίσια βρίσκονται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=0,01Τ κάθετα προς τις δυναμικές του γραμμές. Να βρείτε τη συνολική δύναμη που δέχεται καθένα από αυτά, όταν διαρρέονται από ρεύμα Ι=2Α, όπως στο σχήμα.

Απάντηση:

ή

Δύναμη Laplace και υπολογισμός της.

Εκτόξευση αγωγού σε μαγνητικό πεδίο.

Ο αγωγός ΑΓ με μάζα 0,2kg και μήκος ℓ=1m, τη στιγμή t=0 εκτοξεύεται με αρχική ταχύτητα υ₀=10m/s οριζόντια.  Η κίνηση γίνεται σε επαφή με δυο οριζόντιους παράλληλους αγωγούς οι οποίοι δεν εμφανίζουν αντίσταση, σε χώρο που υπάρχει ένα κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=0,4Τ, όπως στο σχήμα, όπου τα άκρα των δύο παραλλήλων αγωγών συνδέονται μέσω αντιστάτη, αντίστασης R=2Ω.

i) Για την στιγμή, αμέσως μετά την εκτόξευση του αγωγού να βρεθούν:

α) η επιτάχυνση του αγωγού ΑΓ.

β) ο ρυθμός μεταβολής της κινητικής ενέργειας του αγωγού και ο ρυθμός με τον οποίο παράγεται θερμότητα στον αντιστάτη R

ii) Μετά από λίγο, τη στιγμή t₁, ο αγωγός κινείται με ταχύτητα υ₁=4m/s. Για τη στιγμή αυτή να υπολογιστούν:

α) Η δύναμη που δέχεται ο αγωγός από το πεδίο καθώς και η ισχύς της.

β) Η ηλεκτρική ισχύς που εμφανίζεται στο κύκλωμα.

iii) Να υπολογιστεί το έργο της δύναμης Laplace από τη στιγμή t=0, μέχρι τη στιγμή t₁. Τι εκφράζει το παραπάνω έργο;

Απάντηση:

ή

Εκτόξευση  αγωγού σε μαγνητικό πεδίο.

Ένας συνδυασμός ευθύγραμμου και κυκλικού αγωγού.

Στο σχήμα βλέπεται έναν αγωγό, το καμπύλο μέρος του οποίου είναι ημικύκλιο ακτίνας r=0,1m, ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=10Α. Να υπολογιστεί η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο κέντρο Ο του ημικυκλίου.

Απάντηση:

ή

Ένας συνδυασμός ευθύγραμμου  και κυκλικού αγωγού.

23ος διαγωνισμός Φυσικής 2013

Πραγματοποιήθηκε ο διαγωνισμός Φυσικής.
Τα θέματα που δόθηκαν μπορείτε να τα δείτε από εδώ:
   Θέματα Α' Λυκείου
   Θέματα B' Λυκείου
   Θέματα Γ' Λυκείου

Πέντε ερωτήσεις Ηλεκτρομαγνητισμού.

Στο επίπεδο της σελίδας έχουμε ένα ορθογώνιο τρίγωνο ΚΛΜ. Από τις κορυφές Λ και Μ και κάθετα στο επίπεδο του τριγώνου διέρχονται δύο ευθύγραμμοι ρευματοφόροι αγωγοί που διαρρέονται από ρεύματα Ι₁=Ι₂, όπως στο σχήμα.

 

i)  Να σχεδιάστε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στην κορυφή Κ.

ii) Πού είναι μεγαλύτερη η ένταση του πεδίου  στην κορυφή Κ ή στο μέσον O της ΛΜ;

Συνέχεια:

ή

Πέντε ερωτήσεις Ηλεκτρομαγνητισμού.

Η επαγωγή σε ένα κινούμενο πλαίσιο. Ας ξεκαθαρίσουμε!

Ένα τετράγωνο μεταλλικό πλαίσιο πλευράς ℓ, εισέρχεται σε ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο, κάθετα στις δυναμικές γραμμές και σε μια στιγμή που έχει μπει το μισό στο πεδίο, έχει ταχύτητα υ. Στο διπλανό σχήμα βλέπετε την κατάσταση που έχουμε.

Να εξετάσετε αν οι παρακάτω προτάσεις είναι σωστές ή λανθασμένες, δικαιολογώντας τις απαντήσεις σας.

i)  Στην πλευρά ΓΔ του πλαισίου αναπτύσσεται ΗΕΔ επειδή το μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια αλλά και στα θετικά ιόντα, με αποτέλεσμα τα θετικά να συσσωρεύονται προς το άκρο Δ και τα ηλεκτρόνια προς το Γ.

ii) Στο τμήμα της πλευράς ΑΓ που βρίσκεται μέσα στο πεδίο, δεν αναπτύσσεται ΗΕΔ, επειδή δεν ασκούνται δυνάμεις στα ελεύθερα ηλεκτρόνια από το μαγνητικό πεδίο.

iii) Η τάση στα άκρα της πλευράς ΓΔ είναι ίση με V_ΔΓ=Βυℓ.

iv) Δύναμη Laplace ασκείται στην πλευρά ΓΔ επειδή κινείται σε μαγνητικό πεδίο.

v) Δύναμη Laplace ασκείται μόνο στην πλευρά ΓΔ.

vi) Στην πλευρά ΑΕ μπορούμε να μετρήσουμε τάση V= ¼ Βυℓ.

Απάντηση:

Ή

Η επαγωγή σε ένα κινούμενο πλαίσιο. Ας ξεκαθαρίσουμε!

Κίνηση αγωγού με την επίδραση σταθερής δύναμης.

Ο αγωγός ΑΓ με μάζα 0,2kg και μήκος ℓ=1m, τη στιγμή t=0 αρχίζει να κινείται οριζόντια, με την επίδραση σταθερής οριζόντιας δύναμης F=1Ν. Η κίνηση γίνεται σε επαφή με δυο οριζόντιους παράλληλους αγωγούς οι οποίοι δεν εμφανίζουν αντίσταση, σε χώρο που υπάρχει ένα κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=0,5Τ, όπως στο σχήμα.

Τα άκρα των δύο παραλλήλων αγωγών συνδέονται μέσω αντιστάτη, αντίστασης R=2Ω.

i) Να βρεθεί η επιτάχυνση με την οποία ξεκινά την κίνησή του ο αγωγός ΑΓ.

ii) Να υπολογιστεί επίσης η επιτάχυνση του αγωγού ΑΓ, τη στιγμή t₁, που έχει ταχύτητα υ₁=6m/s.

iii) Να αποδείξετε ότι ο αγωγός θα κινηθεί με επιτάχυνση η οποία συνεχώς μειώνεται, μέχρι τη στιγμή που θα μηδενιστεί, οπότε ο αγωγός θα κινηθεί πλέον με σταθερή ταχύτητα. Να υπολογιστεί η τελική ταχύτητα του αγωγού.

iv) Να κάνετε τη γραφική παράσταση της επιτάχυνσης του αγωγού σε συνάρτηση με την ταχύτητά του.

v) Να κάνετε επίσης, ένα ποιοτικό  διάγραμμα, της ταχύτητας του αγωγού ΑΓ, σε συνάρτηση με το χρόνο, δικαιολογώντας τη μορφή της.

Απάντηση:

ή
Κίνηση αγωγού με την επίδραση σταθερής δύναμης.pdf