Κινούμενο πλαίσιο σε ομογενές μαγνητικό πεδίο
Θα μελετήσουμε ένα ορθογώνιο πλαίσιο που το μετακινούμε με σταθερή ταχύτητα υ προς ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο. Το πλαίσιο εισέρχεται κάθετα στις δυναμικές γραμμές του πεδίου.
Στα σχήματα φαίνεται η είσοδος, η παραμονή και η έξοδος του πλαισίου από το μαγνητικό πεδίο.
Θα εξετάσουμε τι συμβαίνει με την μαγνητική ροή Φ που διαπερνά το πλαίσιο. Παρατηρούμε ότι αυτή μεταβάλλεται κατά την είσοδο και έξοδό του πλαισίου από το πεδίο, ενώ παραμένει σταθερή όταν όλο το πλαίσιο βρίσκεται μέσα στο πεδίο.
Εξαιτίας αυτής της μεταβολής ΔΦ κατά την είσοδο και έξοδο του πλαισίου, ταυτόχρονα συμβαίνουν τα εξής:
- αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή
- δημιουργείται επαγωγικό ρεύμα Ιεπ (το πλαίσιο είναι ένα κλειστό κύκλωμα)
- αναπτύσσεται δύναμη Laplace FL που αντιστέκεται στην είσοδο και έξοδο του πλαισίου
- ασκείται από εμάς μια εξωτερική δύναμη Fεξ που είναι αντίθετη της δύναμης FL έτσι ώστε το πλαίσιο να κινείται με υ=σταθερό.
Κατά την παραμονή του πλαισίου μέσα στο πεδίο το Φ=σταθερό. Αυτό σημαίνει ότι:
- δεν αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή και άρα δεν υπάρχει επαγωγικό ρεύμα Ιεπ και άρα δεν υπάρχει δύναμη FL και δεν υπάρχει εξωτερική δύναμη FL για να διατηρηθεί σταθερή η ταχύτητα του πλαισίου.
Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι γραφικές παραστάσεις:
- Φ-t (μαγνητική ροή Φ συναρτήσει του χρόνου t)
- Εεπ - t (ΗΕΔ από επαγωγή συναρτήσει του χρόνου t)
- Ιεπ - t (Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο συναρτήσει του χρόνου t)
- FL - t (Η δύναμη Laplace συναρτήσει του χρόνου t)
- Fεξ - t (Η εξωτερική δύναμη που πρέπει να σκηθεί στο πλαίσιο συναρτήσει του χρόνου t)
Με τη προσομοίωση Geogebra κάνουμε τα εξής:
- εισάγουμε ένα ορθογώνιο πλαίσιο μέσα σε ομ. μαγνητικό πεδίο με υ=σταθερό.
- παρακολουθούμε την ΗΕΔ από επαγωγή που αναπτύσσεται στους αγωγούς του πλαισίου καθώς και το Ιεπ, τη δύναμη FL και την εξωτερική δύναμη Fεξ που του ασκείται έτσι ώστε να διατηρηθεί η ταχύτητά του.
- βλέπουμε τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις των παραπάνω μεγεθών συναρτήσει του χρόνου t.
Δείτε την προσομοίωση εδώ!