Μαγνήτης κινούμενος επί του άξονα ενός κυκλικού πλαισίου 1ο.

[Πώς μεταβάλλονται η μαγνητική ροή και η ΗΕΔ από επαγωγή αν ένας μεγάλου μήκους μαγνήτης πλησιάζει με σταθερή ταχύτητα προς ένα κυκλικό βρόχο, διέρχεται και απομακρύνεται από αυτόν;]

 Ένας μακρύς κυλινδρικός μαγνήτης μήκους L και ακτίνας α φέρει στο εσωτερικό του ομογενές μαγνητικό πεδίο Β παράλληλο προς τον άξονά του. Πλησιάζει με σταθερή ταχύτητα υ, από σχετικά μεγάλη απόσταση, προς ένα κυκλικό αγώγιμο πλαίσιο ελαφρώς μεγαλύτερης διαμέτρου, κινούμενος διαρκώς κάθετα προς αυτό, με τον άξονά του να ταυτίζεται με τον άξονα του πλαισίου.  Διέρχεται μέσα από το πλαίσιο και συνεχίζει απομακρυνόμενος σε μεγάλη απόσταση.

α) Ποιο από τα πλαϊνά  διαγράμματα μπορεί να παριστάνει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής με το χρόνο;

β) Να παραστήσετε γραφικά, με ελεύθερη εκτίμηση, την ΗΕΔ που επάγεται στο πλαίσιο σε συνάρτηση με το χρόνο. Θεωρείστε θετική τη μαγνητική ροή, η οποία οφείλεται στις δυναμικές γραμμές που διέρχονται μέσα από το πλαίσιο με φορά από δεξιά προς αριστερά. (Το διάνυσμα Α είναι το χαρακτηριστικό διάνυσμα της επιφάνειας του πλαισίου)

Παράλληλα πλαίσια. 1ο.

[Είναι ίδια, διαρρέονται από ίσα ρεύματα, έχουν κοινό άξονα. Αναζητούμε την ένταση του μαγνητικού πεδίου στο μέσον Μ της  διακέντρου τους.]

Τα επίπεδα των δύο αγώγιμων κυκλικών πλαισίων του σχήματος είναι παράλληλα μεταξύ τους. Τα κέντρα τους βρίσκονται πάνω στον ίδιο άξονα και διαρρέονται από ομόρροπα, ίσης έντασης, ρεύματα.

Ι. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο μέσον Μ της διακέντρου ΟΚ των δύο πλαισίων:

α) είναι παράλληλη προς τον άξονα Οz

β) έχει φορά ίδια με του άξονα Οy

γ) έχει φορά προς το Ο, το κέντρο του αριστερού πλαισίου

δ) είναι ίση με μηδέν.

ΙΙ. Ποια από τις παραπάνω προτάσεις θα είναι σωστή αν αντιστρέψουμε το ρεύμα στο πλαίσιο 2;  

Σε κάθε περίπτωση να επιλέξτε το σωστό και να αιτιολογείστε την επιλογή σας.

Παράλληλα πλαίσια. 2ο.

[Το ένα διαρρέεται από μεταβλητό ρεύμα. Αν αυξάνεται, έλκονται ή απωθούνται;]

Τα επίπεδα των δύο κυκλικών χάλκινων βρόχων του σχήματος είναι παράλληλα. Τα κέντρα τους βρίσκονται πάνω στον άξονα x΄x. Παρατηρώντας τους από αριστερά, ο βρόχος 1 διαρρέεται από αριστερόστροφο ρεύμα.

α) Εάν η ένταση του ρεύματος στον βρόχο 1 αυξάνεται, ποια είναι η κατεύθυνση του ρεύματος που προκαλείται στον βρόχο 2;

β) Οι βρόχοι έλκουν ή απωθούν ο ένας τον άλλον;

Εξηγήστε την απάντησή σας.

Ισορροπία πλαίσιου σε μαγνητικό πεδίο

[Ένα πλαίσιο, που διαρρέεται από ρεύμα και δεν είναι κάθετο σε ομογενές μαγνητικό πεδίο, δέχεται ροπή]

Ένα ορθογώνιο επίπεδο πλαίσιο, με διαστάσεις d = 10 cm και ℓ = 20 cm, βρίσκεται σε οριζόντιο επίπεδο, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ο άξονας περιστροφής του πηνίου είναι ευθυγραμμισμένος στη διεύθυνση βορρά - νότου. Διαρρέεται από ρεύμα i = 1 A και βρίσκεται σε ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο με φορά από δυτικά προς ανατολικά. Μάζα m = 50 g κρέμεται από τη μία πλευρά του πλαίσιου. Προσδιορίστε την ένταση που πρέπει να έχει το μαγνητικό πεδίο για να κρατήσει το πλαίσιο  στον οριζόντιο προσανατολισμό. Δίνεται g = 10 m/s².

Απάντηση:

Τρία πλαίσια πάνω σε ένα ευθύγραμμο αγωγό

[Τι συμβαίνει όταν ο αγωγός διαρρέεται από συνεχές ρεύμα;]

Ένας μεγάλου μήκους ευθύγραμμος αγωγός, με μονωτικό περίβλημα, διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι. Πάνω στον αγωγό τοποθετούνται τρία ορθογώνια πλαίσια, με μήκος βάσης L και ύψος L, 1,5 L και 2L, αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα πλαίσια 1 και 2 τοποθετούνται συμμετρικά ως προς τον αγωγό. Να κατατάξετε τα πλαίσια σύμφωνα με την ένταση του επαγόμενου σε αυτά ρεύματος, αν το ρεύμα του ευθύγραμμου αγωγού (α) παραμένει σταθερό και (β) αυξάνεται.

Ξεκινήσετε πρώτα από το πλαίσιο στο οποίο επάγεται το μεγαλύτερης έντασης ρεύμα.

Να θεωρήσετε  ότι τα πλαίσια απέχουν αρκετά το ένα από το άλλο, ώστε να μην αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Προσέγγιση και απομάκρυνση βρόχου από ρευματοφόρο αγωγό

 [Τι συμβαίνει όταν ένας συρμάτινος βρόχος κινείται προς έναν ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό και τι όταν απομακρύνεται από αυτόν;]

Ένας κυκλικός συρμάτινος βρόχος αφήνεται από κάποιο ύψος πάνω από έναν οριζόντιο ευθύγραμμο αγωγό, μεγάλου μήκους, που διαρρέεται από ρεύμα Ι με φορά από δεξιά προς τα αριστερά.

Ο βρόχος κινείται ευρισκόμενος διαρκώς σε κατακόρυφο επίπεδο παράλληλο προς τον αγωγό και σε οριακά μικρή απόσταση από αυτόν για να αποφευχθεί η σύγκρουση.

Ποια είναι η φορά του ρεύματος που επάγεται στο βρόχο, καθώς:

α. πλησιάζει προς τον ευθύγραμμο αγωγό,

β. απομακρύνεται από αυτόν;

Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. 

Ένα αγώγιμο πλαίσιο στην πόρτα

[Εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα αγώγιμο πλαίσιο, ενσωματωμένο στο εσωτερικό μιας πόρτας, όταν την ανοιγοκλείνουμε;]

Το ορθογώνιο πλαίσιο της πόρτας έχει διαστάσεις h=1,5 m, ℓ=0,6 m και αντίσταση R=0,026 Ω.

Όταν η πόρτα είναι κλειστή (θ = 0 °), είναι κάθετη στην οριζόντια συνιστώσα του γήινου μαγνητικού πεδίου: B_Γ = 2,6 10^-5 T. Τη στιγμή t = 0 s ανοίγει η πόρτα και η δεξιά πλευρά της κινείται προς το εσωτερικό της σελίδας με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω = 0,5π r/s, ώστε η διαγραφόμενη γωνία θ να δίνεται από τη σχέση θ = ωt. Προσδιορίστε την κατεύθυνση και την ένταση του επαγόμενου ρεύματος τη χρονική στιγμή t = 1/3 s.

Δίνεται ότι, σε μικρή περιοχή, το μαγνητικό πεδίο της γης μπορεί να θεωρηθεί ομογενές. Στο σχήμα διακρίνεται η πρόσοψη και η κάτοψη της πόρτας, π = 3,14.

Απάντηση: