Η περίεργη συμπεριφορά ενός ελεύθερου ρευματοφόρου αγωγού πάνω από ένα μαγνήτη

Ένας ευθύγραμμος ρευματοφόρος αγωγός είναι τοποθετημένος πάνω από τους πόλους ενός πεταλοειδούς μαγνήτη όπως φαίνεται στο σχήμα. Ο αγωγός μπορεί να κινηθεί ελεύθερα προς όλες τις κατευθύνσεις.

Τι θα συμβεί στον αγωγό κάτω από τη δράση του πεδίου του μαγνήτη εάν το ρεύμα έχει την κατεύθυνση που δείχνει το βέλος; 

 Απάντηση:

Ρεύμα σε πηνίο και μαγνήτης με κοινό άξονα

Τι θα συμβεί στον μόνιμο ευθύγραμμο μαγνήτη αν τα άκρα του σωληνοειδούς συνδεθούν με τους πόλους μια πηγής όπως στο σχήμα;

Απάντηση: 

Μαγνήτες και πηνία σε σχετική κίνηση πάνω σε κοινό άξονα

Να σχεδιάσετε τη φορά του επαγόμενου ρεύματος

α) στο πηνίο και

β) στον κυκλικό αγωγό

Να αιτιολογήσετε σε κάθε περίπτωση τη φορά του ρεύματος που επιλέξατε. 

Απάντηση:

Προς τα πού θα περιστραφεί η μαγνητική βελόνα (1ο)

Σε ένα επίπεδο κυκλικό  δίσκο τοποθετούμε μια ποσότητα αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου και στη συνέχεια τον θέτουμε σε ταχεία περιστροφή γύρω από οριζόντιο άξονα που έχει την κατεύθυνση ανατολής – δύσης. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από το φορτίο στο δίσκο μπορούμε να το ανιχνεύσουμε με τη βοήθεια μίας μαγνητικής βελόνας  που τοποθετείται πάνω από το δίσκο όπως φαίνεται στο σχήμα.

 Η βελόνα αρχικά, πριν την περιστροφή του δίσκου, ισορροπεί  κατά τη διεύθυνση βορρά – νότου (υπό τη επίδραση του γήινου μαγνητικού πεδίου). Προσδιορίστε την κατεύθυνση προς την οποία εκτρέπεται η βελόνα αν ο δίσκος περιστρέφεται κατά τη φορά που φαίνεται στο σχήμα. 

Απάντηση:

Προς τα πού θα περιστραφεί η μαγνητική βελόνα (2ο)

Μερικές φορές τα ρεύματα μετρούνται με τη βοήθεια του λεγόμενου «εφαπτόμενου γαλβανόμετρου». Αυτό αποτελείται από μια μικρή μαγνητική βελόνα αιωρούμενη από ένα ελαφρύ νήμα που είναι τοποθετημένη στο κέντρο ενός κυκλικού αγωγού. Το επίπεδο του κυκλικού αγωγού είναι κατακόρυφο με προσανατολισμό βορρά - νότου. Έτσι αρχικά ο άξονας της μαγνητικής βελόνας ταυτίζεται με την οριζόντια διάμετρο του κυκλικού αγωγού. Προσδιορίστε τη γωνία κατά την οποία θα περιστραφεί και θα ισορροπήσει η μαγνητική βελόνα του γαλβανόμετρου αν περάσει ένα ρεύμα I = 10 A κατά μήκος του κυκλικού αγωγού. Δίνεται η ακτίνα του κυκλικού αγωγού R = 10 cm και η οριζόντια συνιστώσα του γήινου μαγνητικού πεδίου Β_h = 2π· 10^-5 T,  k_μ­= 10^-7 . Δίνεται k_μ = 10^-7 Ν/Α². 

Απάντηση:

Προς τα πού θα περιστραφεί η μαγνητική βελόνα (3ο)

 Ένα ρεύμα Ι διαβιβάζεται κατά μήκος του δακτυλίου του εφαπτόμενου γαλβανόμετρου στο προηγούμενο πρόβλημα, το οποίο δημιουργεί ένα πεδίο έντασης 10^-5 Τesla στο κέντρο του δακτυλίου. Περιστρέφουμε σιγά – σιγά τον δακτύλιο και παρατηρούμε ότι το ίδιο κάνει και η μαγνητική βελόνα. Προσδιορίστε τη γωνία κατά την οποία πρέπει να περιστραφεί ο δακτύλιος έτσι ώστε η βελόνα να ισορροπήσει  στο επίπεδο αυτού του δακτυλίου. 

Απάντηση:

Προς τα πού θα περιστραφεί η μαγνητική βελόνα (4ο)

Το σχήμα απεικονίζει έναν αγωγό με μια μαγνητική βελόνα που αρχικά ισορροπεί παράλληλα προς αυτόν ακριβώς από κάτω. Κάποια στιγμή διαβιβάζουμε ρεύμα στον αγωγό.

Α. Ποια θα είναι η κατεύθυνση του ρεύματος αν ο νότιος πόλος της βελόνας εκτραπεί προς τον αναγνώστη;

Β. Τι θα συμβεί στην εκτροπή της βελόνας, εάν η τελευταία τοποθετηθεί πάνω στον αγωγό; 

Απάντηση: