Τρίτη, 21 Αυγούστου 2012

Πάμε να φορτίσουμε έναν πυκνωτή;

Θέλουμε να φορτίσουμε έναν πυκνωτή, από μια πηγή ΗΕΔ Ε. Πώς μπορούμε να το κάνουμε;
Τι συμβαίνει αν η φόρτιση γίνει, μέσω μιας αντίστασης; Αν αντί για αντίσταση βάλουμε πηνίο;
Και τι θα γίνει αν στο κύκλωμα έχουμε και αντίσταση και πηνίο;

Δείτε το αρχείο με κλικ εδώ:

Δευτέρα, 20 Αυγούστου 2012

Φόρτιση πυκνωτή σε κύκλωμα RLC.

Στο διπλανό κύκλωμα το ιδανικό πηνίο έχει αυτεπαγωγή L=2mΗ και ο αφόρτιστος πυκνωτής χωρητικότητα C=20μF, ενώ η πηγή έχει ΗΕΔ  Ε=10V. Σε μια στιγμή κλείνουμε το διακόπτη.
Να βρεθεί το φορτίο του πυκνωτή σε συνάρτηση με το χρόνο όταν ο αντιστάτης έχει αντίσταση:
i)     R=2Ω.
ii)   R=40Ω
Να γίνουν οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις.

Κυριακή, 19 Αυγούστου 2012

Μία … ηλεκτρομηχανική ταλάντωση



Μπορούμε άραγε να έχουμε ηλεκτρική ταλάντωση σε ένα κύκλωμα χωρίς τη συνύπαρξη πηνίου L και πυκνωτή C;
Η πρώτη σκέψη είναι μάλλον «όχι» διότι όπως στη μηχανική είναι απαραίτητη προϋπόθεση η ύπαρξη «αδράνειας» m και «ελαστικότητας» D, η ικανότητα μ’ άλλα λόγια να αποθηκεύει το σύστημα κινητική και δυναμική ενέργεια, έτσι και στον ηλεκτρισμό το κύκλωμα θα πρέπει να μπορεί να αποθηκεύει ενέργεια μαγνητικού και ηλεκτρικού πεδίου.
Αν το δούμε λίγο πιο προσεκτικά όμως, η αυτεπαγωγή L μπορεί να είναι … αναντικατάστατη, αφού εκφράζει την «αδράνεια στις μεταβολές του ρεύματος», ισχύει όμως το ίδιο και για τη χωρητικότητα C;
Ο φορτισμένος πυκνωτής είναι μια αποθήκη ενέργειας, που κατά τη φόρτιση μετατρέπει το ηλεκτρικό έργο σε κάποια άλλη μορφή, ενώ κατά την εκφόρτιση συμβαίνει η αντίστροφη διαδικασία.
Μα αυτό ακριβώς δεν κάνει οποιαδήποτε επαναφορτιζόμενη πηγή;
Ο πυκνωτής βέβαια έχει και την ικανότητα να αλλάζει ταχύτατα πολικότητα και «συμπεριφορά» από αποδέκτης σε πηγή, κάτι που είναι πρακτικά αδύνατο π.χ. σε μια μπαταρία λιθίου ή μολύβδου, εξαιτίας των εμπλεκομένων χημικών αντιδράσεων.
Υπάρχουν όμως κι άλλες … «επαναφορτιζόμενες» μπαταρίες!
Ένα τέτοιο παράδειγμα θα δούμε στη συνέχεια.

Παρασκευή, 17 Αυγούστου 2012

ΚΙΝΗΣΗ ΠΛΑΙΣΙΟΥ ΣΕ ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΕΚΘΕΤΙΚΗ ΑΥΞΗΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ

Τετράγωνο συρμάτινο πλαίσιο (ΑΚΛΜ) μάζας m, αντίστασης R και πλευράς α αφήνεται να πέσει κατακόρυφα μέσα σε Μη Ομογενές Μαγνητικό Πεδίο, του οποίου η μαγνητική επαγωγή δίνεται από τη σχέση Β=λ·y, όπου λ=3Τ/m = σταθ.. Το πλαίσιο τη χρονική στιγμή t=0 είναι εντός του Μαγνητικού πεδίου, με τη πάνω του πλευρά να βρίσκεται στη θέση y=0. Αν το Μαγνητικό είναι κάθετο στο επίπεδο του πλαισίου με φορά από τον αναγνώστη προς τη σελίδα:


1) Να προσδιορίστε τις συναρτήσεις u = f(t) και Ιεπ. = f(t)
2) Να δείξετε ότι το πλαίσιο (ΑΚΛΜ) θα αποκτήσει σταθερή (οριακή) ταχύτητα και να υπολογίσετε το μέτρο της.

Εκθετική αύξηση μεγέθους. Πέντε εφαρμογές.


Παρακάτω δίνονται πέντε παραδείγματα-εφαρμογές διαφορετικών φαινομένων, που όμως περιγράφονται από μια διαφορική εξίσωση της μορφής:
Η εξίσωση αυτή έχει λύση της μορφής:
Δείτε την συνέχεια με κλικ εδώ.

Ροπή Αδράνειας σφαίρας


            Εισάγοντας την έννοια της "ροπής αδράνειας ως προς σημείο", διευκολύνουμε κατά πολύ τους υπολογισμούς μας.

          Φυσικά η «ροπή αδράνειας ως προς σημείο» δεν έχει κάποιο φυσικό νόημα, είναι μια... βοηθητική ευθεία.

Ροπή αδράνειας σφαιρικού φλοιού

             Στα επόμενα κάνουμε χρήση της  χωρίς κάποιο φυσικό νόημα «ροπής αδράνειας ως προς σημείο» για να διευκολύνουμε τους υπολογισμούς μας

         Φυσικά η «ροπή αδράνειας ως προς σημείο» δεν έχει κάποιο φυσικό νόημα, είναι μια... βοηθητική ευθεία.

Τετάρτη, 15 Αυγούστου 2012

Κίνηση αγωγού σε μαγνητικό πεδίο και φόρτιση πυκνωτή


Δύο κατακόρυφοι αγωγοί Αx και Γy μεγάλου μήκους συνδέονται στα πάνω άκρα τους με πυκνωτή χωρητικότητας C. Τρίτος αγωγός μήκους και μάζας m μπορεί να γλιστράει χωρίς τριβές κατά μήκος τους, με τη βοήθεια δακτυλίων, παραμένοντας οριζόντιος. Κάθετα στο επίπεδο των αγωγών υπάρχει ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β.
Ο οριζόντιος αγωγός συγκρατείται αρχικά κοντά στα άκρα Α και Γ και τη στιγμή t = 0 αφήνεται ελεύθερος.
Α) Να μελετήσετε το είδος της κίνησής του.
Β) Πόση ενέργεια UΕ έχει αποκτήσει ο πυκνωτής όταν ο αγωγός έχει κατέλθει κατά ύψος Η;
(Όλοι οι αγωγοί έχουν μηδενική αντίσταση. Δίνεται g).

Χρονοκύκλωμα με κατάληξη LC


Δύο άπειροι αγωγοί xx΄ και ψψ΄ χωρίς αντίσταση είναι παράλληλα τοποθετημένοι μεταξύ τους και κάθετα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=1Τ και απέχουν μεταξύ τους απόσταση L=1m. Αγωγός ΚΛ αμελητέας εσωτερικής αντίστασης και μήκους L=1m μπορεί να κινείται χωρίς τριβές πάνω στους  άπειρους αγωγούς με ταχύτητα παράλληλη σε αυτούς τους αγωγούς. Στα άκρα xψ συνδέουμε σε σειρά μία ωμική αντίσταση R=10Ω και ιδανικό πυκνωτή χωρητικότητας C=10-2F.Σε μία θέση λίγο πιο πέρα συνδέουμε μία όμοια ωμική αντίσταση R=10Ω και ένα ιδανικό πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής L =1Η όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα
Ο πυκνωτής και το πηνίο συνδέονται μέσω των μεταγωγών (1) και (2) που μπορούν να μεταφερθούν αυτόματα στην θέση (3).
Τη χρονική στιγμή t=0 εκτοξεύουμε τον αγωγό ΚΛ με αρχική ταχύτητα Uo=10  m/s και ταυτόχρονα ασκούμε σταθερή δύναμη F=1 N.
Α)Nα αποδείξετε  ότι ο αγωγός θα εκτελεί ομαλή κίνηση .
Την χρονική στιγμή t=1sec  οι μεταγωγοί (1) και (2) μεταφέρονται στην θέση (3) αυτόματα και χωρίς απώλεια ενέργειας και εκείνη την στιγμή καταργείται η δύναμη F.
Β)Nα βρεθεί τι ποσοστό του έργου της δύναμης έγινε θερμότητα πάνω στις αντιστάσεις.
Γ)Ποια η ολική ενέργεια του κυκλώματος LC που δημιουργηθεί μετά την μεταφορά των μεταγωγών στη θέση (3)
Δ)Να γίνει ποιοτικά η γραφική παράσταση του φορτίου του πυκνωτή.

Κυριακή, 12 Αυγούστου 2012

Ένα χρονοκύκλωμα


Δύο άπειροι αγωγοί xx΄ και ψψ΄ χωρίς αντίσταση είναι παράλληλα τοποθετημένοι μεταξύ τους και κάθετα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=1Τ και απέχουν μεταξύ τους απόσταση L=1m.Αγωγός ΚΛ αμελητέας εσωτερικής αντίστασης και μήκους L=1m μπορεί να κινείται χωρίς τριβές πάνω στους  άπειρους αγωγούς με ταχύτητα παράλληλη σε αυτούς τους αγωγούς. Στα άκρα xψ συνδέουμε σε σειρά μία ωμική αντίσταση R και ιδανικό πυκνωτή χωρητικότητας C. Σε μία θέση λίγο πιο πέρα συνδέουμε μία όμοια ωμική αντίσταση R και ένα ιδανικό πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής L  όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα
Τη χρονική στιγμή t=0 εκτοξεύουμε τον αγωγό ΚΛ με αρχική ταχύτητα Uo=10  m/s και ταυτόχρονα ασκούμε σταθερή δύναμη F=1 N.Παρατηρούμε ότι ο αγωγός ΚΛ εκτελεί ευθύγραμμη ομαλή κίνηση. Να βρεθούν:
Α) Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό ΚΛ .
Β) Η σχέση που πρέπει να συνδέουν την ωμική αντίσταση των αντιστατών του κυκλώματος με την χωρητικότητα  του πυκνωτή και τον συντελεστή αυτεπαγωγής του πηνίου για να εκτελεί ευθύγραμμη ομαλή κίνηση ο αγωγός ΚΛ.
Γ)  Αν η μάζα του αγωγού ΚΛ είναι m=1Kg   και ο συντελεστής αυτεπαγωγής είναι L=1H και μετά από αρκετό χρονικό διάστημα η δύναμη F καταργηθεί να βρεθεί η συνολική θερμότητα που θα παραχθεί στο κύκλωμα μετά την κατάργηση της δύναμης F.