Λίγα ακόμη για την φόρτιση πυκνωτή.

  

Σαν συνέχεια της ανάρτησης «φόρτιση  πυκνωτή», ας αντικαταστήσουμε τον αντιστάτη από ένα πηνίο, αρχικά ιδανικό και στη συνέχεια με ένα πηνίου που έχει κάποια αντίσταση R.

Εφαρμογή 1^η:

Στο διπλανό κύκλωμα το ιδανικό πηνίο έχει αυτεπαγωγή L=2mΗ και ο αφόρτιστος πυκνωτής χωρητικότητα C=20μF, ενώ η ιδανική πηγή έχει ΗΕΔ Ε=10V. Σε μια στιγμή κλείνουμε το διακόπτη. 

Να βρεθούν σε συνάρτηση με το χρόνο:

   i)    Το φορτίο του πυκνωτή.

   ii)   Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα.

 Ποιες οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις;

Διαβάστε τη συνέχεια…

ή

Λίγα ακόμη για την φόρτιση πυκνωτή.

Λίγα ακόμη για την φόρτιση πυκνωτή.

Πάμε να αλλάξουμε ξανά την πηγή;

 

Επανερχόμαστε στο κύκλωμα της ανάρτησης «Δύο χρονοκυκλώματα μαζί!» αλλά τώρα η πηγή τροφοδοσίας είναι ένας εναλλακτήρας η στιγμιαία τάση του οποίου δίνεται από την εξίσωση υ=80√2ημ(1000t) (S.I.). Δίνονται για το κύκλωμα R₁=R₂=R=40Ω, C=25μF, ενώ το ιδανικό πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής L=0,04Η.

i)  Να βρεθεί η εξίσωση i=f(t) της έντασης του ρεύματος που διαρρέει κάθε κλάδο του κυκλώματος.

ii) Να υπολογιστεί η μέση ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος, που διαρρέει το κύκλωμα.

iii) Να υπολογιστούν η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στον πυκνωτή και στο πηνίο.

iv) Υποστηρίζεται η άποψη ότι «τη στιγμή που η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου του πυκνωτή είναι μέγιστη, η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου είναι μηδενική και αντίστροφα». Να εξετάσετε την ορθότητα της άποψης αυτής.

Απάντηση:

ή

Αλλάζουμε ξανά την πηγή

Αλλάζουμε ξανά την πηγή

Δύο χρονοκυκλώματα μαζί!

  

Για το διπλανό κύκλωμα δίνονται Ε=20V, C=5μF, ενώ ο διακόπτης δ είναι ανοικτός. Κλείνουμε το διακόπτη για t=0 και παρατηρούμε ότι το αμπερόμετρο δείχνει σταθερή ένδειξη Ι=0,2Α.

i)  Να σχεδιάστε δύο ποιοτικά διαγράμματα για τις εντάσεις των ρευμάτων που διαρρέουν τις δυο αντιστάσεις, σε συνάρτηση με το χρόνο.

ii) Να υπολογίσετε τις αντιστάσεις R₁ και R₂.

iii) Σε μια στιγμή t₁ ο πυκνωτής φέρει φορτίο q₁=40μC. Για τη στιγμή αυτή:

α) Να βρεθούν οι εντάσεις των ρευμάτων που  διαρρέουν τους κλάδους του κυκλώματος.

β) Πόση είναι η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή που αναπτύσσεται στο ιδανικό πηνίο;

iv) Αν ο χρόνος φόρτισης του πυκνωτή είναι (πρακτικά) ίσος με 5R₁C, ενώ ο χρόνος σταθεροποίησης του ρεύματος στο πηνίο, είναι (πρακτικά) ίσος με 5 L/R₂, να υπολογιστεί ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο τη στιγμή t₁.

Απάντηση:

ή

Δύο χρονοκυκλώματα μαζί!

Δύο χρονοκυκλώματα μαζί!

files  και  yl2

Ίδιο κύκλωμα, διαφορετική πηγή.

 Σαν συνέχεια της πρόσφατης ανάρτησης «Αντί για ένα πηνίο, ένας πυκνωτής», όπου μελετήθηκε το πρώτο κύκλωμα αριστερά, όταν τροφοδοτείται από μια πηγή συνεχούς τάσης, ας δούμε το ίδιο κύκλωμα, δεξιά, όταν συνδέεται με μια εναλλασσόμενη τάση.       

Έστω λοιπόν ότι για το κύκλωμα του σχήματος δίνονται R₁=5Ω, R₂=10Ω, ο πυκνωτής έχει εμπέδηση Ζ_c=5√3Ω, ενώ η τάση του εναλλακτήρα δίνεται από την εξίσωση υ=20ημ(400t)  (μονάδες στο S.Ι.).

i)  Να βρεθεί η εξίσωση i=f(t) της έντασης του ρεύματος που διαρρέει κάθε κλάδο του κυκλώματος.

ii) Να υπολογιστεί η μέση ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος, που διαρρέει το κύκλωμα.

iii) Να υπολογιστεί η στιγμιαία ισχύς του πυκνωτή τη χρονική στιγμή t₁=13π/1200 s.

Απάντηση:

ή

Αλλάζουμε ξανά την πηγή

Αλλάζουμε ξανά την πηγή

geo docx

Όχι μόνο αντιστάτες…

 Τα τελευταία 25 χρόνια στα ελληνικά σχολεία η διδασκαλία του ηλεκτρικού ρεύματος, περιορίζεται σε κυκλώματα που περιέχουν μόνο αντιστάτες (με μικρές εξαιρέσεις όταν διδάσκεται ο πυκνωτής και η αυτεπαγωγή, αλλά και αυτά μόνο στο συνεχές ρεύμα). Ας μην ρωτήσει κάποιος αν διδάσκονται η σύγχρονη ηλεκτρονική ή αν οι μαθητές μαθαίνουν για τις προόδους σε ολοκληρωμένα κυκλώματα και μικροηλεκτρονική…

Ας ρίξουμε λοιπόν μια γρήγορη ματιά, για να δούμε τι συμβαίνει σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει και πηνίο ή πυκνωτή.

Ÿ Ένα κύκλωμα με πυκνωτή.

Στο σχήμα βλέπουμε ένα κύκλωμα που περιλαμβάνει μόνο έναν πυκνωτή με χωρητικότητα C, ενώ τροφοδοτείται από μια πηγή (ΑC) με τάση της μορφής υ=V_oημωt.

Η τάση αυτή επικρατεί και μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή, συνεπώς έχουμε:

Διαβάστε τη  συνέχεια…

ή

Όχι  μόνο αντιστάτες…

 Όχι  μόνο αντιστάτες…

Αντί για ένα πηνίο, ένας πυκνωτής.

 

Για το κύκλωμα του διπλανού σχήματος, δίνονται Ε=100V, C=100μF και R₁=R₂=R=10kΩ, ενώ ο διακόπτης δ είναι ανοικτός. Σε μια στιγμή t₀=0 κλείνουμε το διακόπτη, οπότε μετά από λίγο, τη στιγμή t₁, η τάση μεταξύ των οπλισμών του πυκνωτή είναι ίση με το 80%  της μέγιστης τιμής της. Για τη στιγμή t₁, να βρεθούν:

i)  Ο ρυθμός με τον οποίο μεταφέρεται ενέργεια στον πυκνωτή καθώς και ο ρυθμός μεταβολής της τάσης μεταξύ των οπλισμών του.

ii) Η ισχύς της πηγής τις χρονικές στιγμές t₀ (αμέσως μετά το κλείσιμο του διακόπτη) και t₁.

iii) Αν τη στιγμή t₁ ανοίξουμε το διακόπτη:

α) Να κάνετε ένα ποιοτικό διάγραμμα της έντασης του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη R₁, από τη στιγμή t=0, μέχρι τη στιγμή που ο πυκνωτής εκφορτίζεται.

β) Να υπολογίσετε το εμβαδόν των χωρίων που σχηματίζονται από την παραπάνω γραφική παράσταση και τον άξονα των χρόνων.

γ) Ποι­ος ο ρυθ­μός με­τα­βο­λής της έ­ντα­σης του ρεύ­μα­τος που διαρ­ρέ­ει τον α­ντιστάτη R₁, τη χρο­νι­κή στιγ­μή t₂  που η τά­ση στα ά­κρα του εί­ναι ίση με 50V;

Απάντηση:

ή

Αντί για ένα πηνίο, ένας πυκνωτής.

Αντί για ένα πηνίο, ένας πυκνωτής.

Δύο ιόντα και ο φασματογράφος μάζας

 

Έχουμε μια πηγή μονοσθενών ιόντων, από την οποία εκτοξεύονται τα ιόντα με διάφορες ταχύτητες. Κάποια από αυτά αφού περάσουν από δυο σχισμές όπως στο σχήμα, μπαίνουν σε μια περιοχή που συνυπάρχουν ένα ομογενές ηλεκτρικό πεδίο (στο σχήμα βλέπετε τους φορτισμένους οπλισμούς ενός επίπεδου πυκνωτή) και ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο Β₁, με δυναμικές γραμμές κάθετες στο επίπεδο της σελίδας, με αποτέλεσμα αυτά που θα κινηθούν ευθύγραμμα να μπουν στο σημείο Ο σε ένα δεύτερο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β₂, κάθετο στο επίπεδο της σελίδας, όπως στο σχήμα. Αφού τα ιόντα διαγράψουν ημικύκλιο προσπίπτουν σε μια φωτογραφική πλάκα, όπου και αφήνουν δύο ίχνη, όπως στο σχήμα. Έστω x τα ιόντα που διαγράφουν το ημικύκλιο με τη μεγαλύτερη διάμετρο και y το ιόν με την μικρότερη.

i)   Τα ιόντα αυτά είναι κατιόντα ή ανιόντα;

ii) Ποια η φορά της έντασης Β₁ του μαγνητικού πεδίου στο εσωτερικό του πυκνωτή;

iii) Ποια ιόντα μπαίνουν στο δεύτερο μαγνητικό πεδίο με ένταση Β₂ με μεγαλύτερη ταχύτητα, τα ιόντα x ή τα ιόντα y;

iv) Για τις μάζες m₁ και m₂ των ιόντων x και y ισχύει:

α) m₁< m₂,    β) m₁ = m₂,    γ) m₁ > m₂.

v) Αν Δm η διαφορά μαζών των δύο ιόντων, να αποδείξτε ότι αυτή είναι ανάλογη της απόστασης d μεταξύ των δύο ιχνών στη φωτογραφική πλάκα (Δm=λ∙d). Ο συντελεστής αναλογίας λ, είναι ίσος:

vi) Κάποια ιόντα μπαίνουν στο χώρο του πυκνωτή και εκτρέπονται προς τα πάνω στο σχήμα. Αυτά μπορεί να είναι ιόντα x ή y ή μπορεί να είναι και από τα δύο είδη ιόντων; Τι ταχύτητες μπορεί να έχουν τα ιόντα αυτά; 

Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας

Απάντηση:

ή

Δύο ιόντα και ο φασματογράφος μάζας

Δύο ιόντα και ο φασματογράφος μάζας

Η ισορροπία ενός αγωγού

Ένας ευθύγραμμος μη ομογενής αγωγός ΑΓ ισορροπεί στο κάτω άκρο ενός κατακόρυφου ελατηρίου, σχηματίζοντας γωνία θ, με την οριζόντια διεύθυνση, όπως στο σχήμα, όπου το σημείο πρόσδεσης Ο είναι πλησιέστερα στο άκρο Γ.

i) Αν φέρουμε τον αγωγό σε οριζόντια θέση και τον αφήσουμε ελεύθερο να κινηθεί, να εξετάσετε αν θα ισορροπήσει ή θα στραφεί κατά κάποια γωνία.

ii)   Αν ο αγωγός αυτός διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι, με φορά από το Α στο Γ (οι αγωγοί σύνδεσης δεν εμφανίζονται στο σχήμα και δεχόμαστε ότι δεν επηρεάζουν την ισορροπία του ΑΓ), να εξηγήσετε γιατί ο αγωγός ΑΓ, δεν μπορεί να ισορροπεί στη θέση που δείχνει το σχήμα, αν στο χώρο επικρατεί ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο με δυναμικές γραμμές κάθετες στο επίπεδο της σελίδας.

iii) Μήπως ο αγωγός θα μπορούσε να ισορροπήσει σε οριζόντια θέση όταν διαρρέεται από ρεύμα;

Απάντηση:

ή

Η ισορροπία ενός αγωγού

Η ισορροπία ενός αγωγού

 

Σταθερή ένταση ρεύματος ή όχι;

 

Σε λείο οριζόντιο επίπεδο κινείται με σταθερή ταχύτητα υ, ένα ορθογώνιο τριγωνικό αγώγιμο πλαίσιο ΑΒΓ και στο σχήμα (α) βλέπουμε το πλαίσιο κατά την είσοδό του σε ένα κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=0,4Τ, ενώ το σχήμα (Β) το πλαίσιο έχει εισέλθει στο πεδίο (το σχήμα σε κάτοψη).

Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες δικαιολογώντας την άποψή σας.

i)  Κατά την είσοδο του πλαισίου στο πεδίο (σχήμα α), η ένταση του ρεύματος που το διαρρέει αυξάνεται.

ii) Κατά την κίνηση του πλαισίου μέσα στο πεδίο,  (όπως στο σχήμα (β)) διαρρέεται από ρεύμα σταθερής έντασης.

iii) Στη θέση (β) η τάση στα άκρα της υποτείνουσας ΒΓ είναι μεγαλύτερη από την τάση στα άκρα της πλευράς ΑΒ.

Απάντηση:

ή

Σταθερή ένταση ρεύματος ή όχι;

Σταθερή ένταση ρεύματος ή όχι;

Κίνηση φορτίων σε δύο πεδία

 Δύο ερωτήσεις για κίνηση φορτισμένου σωματιδίου σε γνωστά μαγνητικά πεδία.

Ερώτηση 1^η:

Στο επίπεδο της σελίδας, δίνεται ένας ευθύγραμμος αγωγός ΑΓ, πολύ μεγάλου μήκους, ο οποίος διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι. Από ένα μακρινό σημείο, του ίδιου επιπέδου, εκτοξεύεται ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο, με ταχύτητα κάθετη προς τον αγωγό.

i) Το σωματίδιο:

α) Θα κινηθεί ευθύγραμμα και θα συναντήσει τον αγωγό.

β) Θα εκτραπεί προς τον αναγνώστη.

γ) Θα εκτραπεί προς το άκρο Α.

δ) Θα εκτραπεί προς το άκρο Γ.

ii) Καθώς το σωματίδιο θα πλησιάζει τον αγωγό η επιτάχυνσή του:

α) θα  αυξάνεται,   β) θα μειώνεται,    γ) θα παραμένει σταθερού μέτρου.

Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.

Ερώτηση 2^η:

 Στο σχήμα βλέπουμε την τομή στο επίπεδο της σελίδας, ενός σωληνοειδούς μεγάλου μήκους το οποίο διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι, με φορά αυτήν του σχήματος.

i)  Ένα ηλεκτρόνιο (1) πλησιάζει το άκρο Γ το πηνίου, κινούμενο τα ταχύτητα υ,  κατά μήκος του άξονα του σωληνοειδούς. Το ηλεκτρόνιο αυτό:

α) Θα κινηθεί ευθύγραμμα και ομαλά.

β) θα εκτραπεί προς τον αναγνώστη.

γ) Θα εκτραπεί κάθετα στο επίπεδο με φορά τα μέσα.

δ) θα αναστραφεί η πορεία του, κινούμενο αντίθετα.

ii) Ποιες οι αντίστοιχες απαντήσεις αν το ηλεκτρόνιο κινηθεί κάθετα προς τον άξονα του σωληνοειδούς, όπως το ηλεκτρόνιο (2);

Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας.

Απαντήσεις:

ή

Κίνηση φορτίων σε δύο πεδία

 Κίνηση φορτίων σε δύο πεδία

Το πλαίσιο πέφτει και … ‎ξαναπέφτει!

 

1)  Ένα ορθογώνιο αγώγιμο πλαίσιο αφήνεται να πέσει κατακόρυφα, οπότε εισέρχεται σε ένα ομογενές οριζόντιο μαγνητικό πεδίο, κάθετα στις δυναμικές γραμμές του, όπως στο σχήμα. Η κίνησή του στη διάρκεια της εισόδου του στο πεδίο, όπως στο σχήμα (1):

i) Γίνεται με σταθερή επιτάχυνση α=g.

ii) Γίνεται με σταθερή επιτάχυνση α < g.

ii) Γίνεται με σταθερή επιτάχυνση α > g.

iv) Τίποτα από τα παραπάνω.

Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

2)  Ποια η αντίστοιχη απάντηση στα παραπάνω υποερωτήματα, όταν ολοκληρωθεί η είσοδος του πλαισίου στο πεδίο, οπότε κινείται πια μέσα στο πεδίο, όπως στο σχήμα (2).

3)  Το ίδιο πλαίσιο αφήνεται με το επίπεδό του οριζόντιο, να πέσει σε ένα ομογενές κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο όπως στο διπλανό σχήμα

Ποια θα είναι τώρα η σωστή απάντηση στα παραπάνω ερωτήματα;

Απάντηση:

ή

Το πλαίσιο πέφτει και … ‎ξαναπέφτει!

Το πλαίσιο πέφτει και … ‎ξαναπέφτει!

Τρεις ερωτήσεις στην εκτόξευση αγωγού

  Ερώτηση 1^η :

Ο αγωγός ΑΓ εκτοξεύεται οριζόντια με αρχική ταχύτητα υ_ο  σε επαφή με τους οριζόντιους παράλληλους αγωγούς xx΄ και yy΄, με αμελητέα αντίσταση, ενώ στο χώρο επικρατεί κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο, όπως στο σχήμα.   

i)  Να εξηγήσετε γιατί ο αγωγός ΑΓ θα επιβραδυνθεί και μετά από λίγο θα σταματήσει.

ii)  Αν α_ο το μέτρο της επιτάχυνσης του αγωγού τη στιγμή της εκτόξευσης και α₁ το αντίστοιχο μέτρο της επιτάχυνσης, μια επόμενη χρονική στιγμή t₁, να αποδείξετε ότι α_ο > α₁.

iii) Ποιο  από τα τρία διπλανά παραπάνω διαγράμματα παριστάνει την ταχύτητα του αγωγού σε συνάρτηση με το χρόνο:

Ερώτηση 2^η :

 Δυο όμοιοι αγωγοί Α και Β εκτοξεύονται οριζόντια με την ίδια αρχική ταχύτητα, σε επαφή με τους οριζόντιους παράλληλους αγωγούς xx΄ και yy΄, με αμελητέα αντίσταση, ενώ στο χώρο επικρατεί κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο, όπως στο σχήμα. Ο πρώτος αγωγός Α, σταματά στην θέση (1), ενώ ο Β στην θέση (2). Για τις αντιστάσεις R₁ και R₂, οι οποίες συνδέουν τα άκρα x και y των παραλλήλων αγωγών, ισχύει:

α) R₁ < R₂,   β) R₁ = R₂,  γ)  R₁ > R_2.

Ερώτηση 3^η:

Δυο αγωγοί Α και Β με το ίδιο μήκος και χωρίς αντίσταση, εκτοξεύονται οριζόντια με την ίδια αρχική ταχύτητα, σε επαφή με τους οριζόντιους παράλληλους αγωγούς xx΄ και yy΄, με αμελητέα αντίσταση, ενώ στο χώρο επικρατεί κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο, όπως στο σχήμα. Ο πρώτος αγωγός Α, σταματά στην θέση (1), ενώ ο Β στην θέση (2). Για τις μάζες των δύο αγωγών Α και Β, ισχύει:

α) m₁ < m₂,   β) m₁ = m₂,  γ)  m₁ > m_2.

Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας στις παραπάνω ερωτήσεις.

Απάντηση:

ή

Τρεις ερωτήσεις στην εκτόξευση αγωγού

Τρεις ερωτήσεις στην εκτόξευση αγωγού