Φυσική ΙΙ (Ηλεκτρομαγνητισμός Οπτική)

Σχετικά έγγραφα
ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ (ΚΕΦ 27) Μαγνητικές δυνάμεις

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ. Παράδειγµα: Κίνηση φορτισµένου σωµατιδίου µέσα σε µαγνητικό πεδίο. z B. m υ MAΓΝΗTIKΟ ΠΕ ΙΟ

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ. Η F m είναι δύναμη εξαρτώμενη από την ταχύτητα

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

1.Η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων έχει μέτρο 120 N. Αν η απόσταση των φορτίων διπλασιαστεί, το μέτρο της δύναμης θα γίνει:

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

B 2Tk. Παράδειγμα 1.2.1

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Andre-Marie Ampère Γάλλος φυσικός Ανακάλυψε τον ηλεκτροµαγνητισµό. Ασχολήθηκε και µε τα µαθηµατικά.

Μαγνητικό Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Β. Θέµα 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Πηγές μαγνητικού πεδίου Νόμος Ampere. Ιωάννης Γκιάλας 21 Μαίου 2014

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ (ΚΕΦ 28)

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

1o ΘΕΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

8η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1 Ασκήσεις 8 ου Κεφαλαίου

ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Περι-Φυσικής. Θέµα Α. 5ο ιαγώνισµα - Επαναληπτικό ΙΙ. Ονοµατεπώνυµο: Βαθµολογία % Οµάδα Γ. (α) τη δύναµη που ασκείται στο υπόθεµα.

B' ΤΑΞΗ ΓΕΝ.ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ ÅÐÉËÏÃÇ

Εργαστηριακή Άσκηση 14 Μέτρηση του λόγου e/m του ηλεκτρονίου.

Μαγνητικό Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 3: Επαγωγή. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

. Για τα δύο σωµατίδια Α και Β ισχύει: q Α q, Α, q Β - q, Β 4 και u Α u Β u. Τα δύο σωµατίδια εισέρχονται στο οµογενές µαγνητικό πεδίο, µε ταχύτητες κ

ΕΝΟΤΗΤΑ ΙΙΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΕΥΤΕΡΑ 18 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΦΥΣΙΚΗ

2. Οι νόµοι της κίνησης, οι δυνάµεις και οι εξισώσεις κίνησης

Μαγνητισμός. Ενότητα 2. Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Πεδία δυνάμεων. Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός διαφορετικές όψεις του ίδιου φαινομένου του ηλεκτρομαγνητισμού. Ενοποίηση των δύο πεδίων μετά το 1819.

Φυσική ΙΙ (Ηλεκτρομαγνητισμός Οπτική)

Γ ΚΥΚΛΟΣ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΩΝ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΟ Προτεινόμενα Θέματα Β Λυκείου Μάρτιος Φυσική ΘΕΜΑ A

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ και ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Όσο χρονικό διάστηµα είχε τον µαγνήτη ακίνητο απέναντι από το πηνίο δεν παρατήρησε τίποτα.

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ-ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ

ΚΙΝΗΣΕΙΣ ΦΟΡΤΙΩΝ ΣΕ Ο.Μ.Π. 1. Στο σχήμα δίνονται δύο ομογενή μαγνητικά πεδία με εντάσεις μέτρων Β 2 =2Β 1

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 5: Μαγνητικά πεδία. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ. Ενότητα: Μαγνητοστατική ΜΑΪΝΤΑΣ ΞΑΝΘΟΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ο.Ε.Φ.Ε ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Μαγνητικό πεδίο.

Ασκήσεις 6 ου Κεφαλαίου

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

ΘΕΜΑ 1 2 Ι =Ι. ομοιόμορφα στη διατομή του αγωγού θα ισχύει: = 2. Επομένως Β = μbοb r / 2παP P, για r α. I π r r

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Κεφάλαιο 27 Μαγνητισµός. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΕΙΔΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ( e / m ) ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ

Κεφάλαιο Η7. Μαγνητικά πεδία

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 27 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2011 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ : ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ - ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Μαγνητικά φαινόµενα: Σύντοµη ιστορική αναδροµή

ΘΕΜΑ 1 ο. ΘΕΜΑ 2 ο. Η δυναμική ενέργεια ανήκει στο σύστημα των δύο φορτίων και δίνεται από τη σχέση:

φορτισμένου πυκνωτή με διεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου, όπως

Παρουσίαση Εννοιών στη Φυσική της Β Λυκείου. Κεφάλαιο Τρίτο Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

8. ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Φυσική ΙΙ Δ. Κουζούδης. Πρόβλημα 8.6.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ Ι

ΔΙΑΚΡΟΤΗΜΑ - Τα Καλύτερα Φροντιστήρια της Πόλης!

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Για τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθµό της ερώτησης και το γράµµα που αντιστοιχεί στην σωστή απάντηση

Περι-Φυσικής. Θέµα Α. Θετικής & Τεχν. Κατεύθυνσης - Επαναληπτικό ΙΙ. Ονοµατεπώνυµο: Βαθµολογία % (α) η ϑερµοκρασία του παραµένει σταθερή.

Ηλεκτροτεχνία Ηλ. Μηχανές & Εγκαταστάσεις πλοίου (Θ)

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ. q e = C Φορτίο Ηλεκτρονίου 1.1. Ηλεκτρικό Πεδίο 2.1. Ηλεκτρικό Πεδίο Σημειακού Φορτίου Q Ηλεκτρικό Πεδίο Σημειακού

B' ΤΑΞΗ ΓΕΝ.ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ÊÏÌÏÔÇÍÇ + +

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Στοιχεία Ηλεκτρικών Κυκλωμάτων

ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Θέµατα Εξετάσεων 100. Μαγνητικό πεδίο

Στις ερωτήσεις 1.1 έως 1.5 επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ

Επαναληπτικό Τεστ

Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Ο µαθητής που έχει µελετήσει το κεφάλαιο της κίνησης φορτίου σε οµογενές µαγνητικό πεδίο πρέπει να γνωρίζει:

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Β. συντελεστής απόδοσης δίνεται από τη σχέση e = 1

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤ-ΤΕΧΝ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Ο νόμος των Biot - Savart

ΦΥΣΙΚΗ Β ΤΑΞΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 2003

Physics by Chris Simopoulos

ΥΤΙΚΗ ΚΑΣΕΤΘΤΝΗ Μ Α Θ Η Μ Α : Ε Π Ω Ν Τ Μ Ο :... Ο Ν Ο Μ Α :... Σελίδα 1 από 5 Ε Π Ι Μ Ε Λ Ε Ι Α Θ Ε Μ Α Σ Ω Ν : ΜΠΑΡΛΙΚΑ ΩΣΗΡΗ

Ηλεκτροµαγνητισµός 2

Κεφάλαιο Η8. Πηγές µαγνητικού πεδίου

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΡΓΑΣΙΑ 6. Ημερομηνία Παράδοσης: 29/6/09

γ Β απέναντι κάθετος ΤΡΙΓΩΝΟΜΕΤΡΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ ΓΩΝΙΑΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ απέναντι κάθετος υποτείνουσα προσκείµενη κάθετο συνθ= υποτείνουσα εφθ=

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΜΟΣ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

Προτεινόμενο Διαγώνισμα Φυσικής B Λυκείου Γενικής Παιδείας

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2012

ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΡΙΤΗ 25 ΜΑΪΟΥ 2004

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β.

Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2013

µεταβαλλόµενο µέτρο δ. είναι συνεχώς κάθετη στην τροχιά του σωµατιδίου και έχει σταθερό µέτρο. (Αγνοήστε τη βαρυτική δύναµη).

Κλασική Ηλεκτροδυναμική

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Φυσική για Μηχανικούς

Transcript:

Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Φυσική ΙΙ (Ηλεκτρομαγνητισμός Οπτική) Διάλεξη 5 η Ιωάννα Ζεργιώτη

Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναγράφεται ρητώς.

ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ H δύναµη F που ασκείται σ ένα σωµατίδιο µε φορτίο q που κινείται µε ταχύτητα υ και βρίσκεται µέσα σε µαγνητικό πεδίο B είναι F = qυ B (1) Μονάδα µέτρησης της µαγνητικής επαγωγής B: 1 Tesla = 1 Kg s -1 C -1 Παρατήρηση: Επειδή η µαγνητική δύναµη F είναι κάθετη στην ταχύτητα υ δεν παράγει έργο και εποµένως η κινητική ενέργεια του σωµατιδίου παραµένει σταθερή. Εάν υπάρχει και ηλεκτρικό πεδίο E τότε F = qe+ qυ B (δύναµη Lorentz) ()

Κίνηση φορτισµένου σωµατιδίου σε οµοιόµορφο µαγνητικό πεδίο. α) Το σωµατίδιο κινείται κάθετα στο µαγνητικό πεδίο Η δύναµη είναι κάθετη στο διάνυσµα της ταχύτητας και παίζει το ρόλο της κεντροµόλου δύναµης Εποµένως το σωµατίδιο εκτελεί οµαλή κυκλική κίνηση Έχουµε mυ r mυ = qυ B r= (3) qb Επίσης, εφόσον υ = ωr η (3) δίνει για τη συχνότητα της κίνησης q ω= B (4) m α) Το σωµατίδιο κινείται υπό γωνία στο µαγνητικό πεδίο Τότε το σωµατίδιο εκτελεί ελικοειδή κίνηση.

Παράδειγµα 1: Φασµατογράφος µάζας Ι είναι η πηγή των φορτισµένων σωµατιδίων S 1 και S δύο σχισµές που ευθυγραµµίζουν τη δέσµη των σωµατιδίων τα οποία επιταχύνονται από το ηλεκτρικό δυναµικό V που εφαρµόζεται µεταξύ των δύο σχισµών Η ταχύτητα εξόδου των σωµατιδίων υπολογίζεται από τη σχέση 1 q = = (5) m qv mυ υ V Στην περιοχή κάτω από τις σχισµές υπάρχει µαγνητικό πεδίο Β. Η δέσµη των σωµατιδίων θα διαγράψει κυκλική τροχιά και θα προσπέσει στη φωτογραφική πλάκα P. mυ Η ακτίνα της κυκλικής τροχιάς δίνεται από την (3) r= qb Λύνοντας ως προς υ έχουµε Από τις (5), (6) προκύπτει ότι q υ = Br (6) m q m V = (7) B r Σωµατίδια ίδιου φορτίου αλλά διαφορετικής µάζας διαχωρίζονται λόγω της διαφορετικής τροχιάς που διαγράφουν

Παράδειγµα : Πείραµα Thomson - Μέτρηση του λόγου q m έσµη ηλεκτρονίων κινείται µέσα σε ηλεκτρικό πεδίο Ε διάστασης α και αποκλίνει. Στη συνέχεια κινείται οµαλά και προσκρούει σε πέτασµα που βρίσκεται σε απόσταση L. Από την κίνηση µέσα στο ηλεκτρικό πεδίο έχουµε: x= υ t (1) και 1 1 q y= at = E t m (8) Απαλείφοντας το χρόνο t από τις (1) και () έχουµε την εξίσωση της τροχιάς 1 q E y= x (παραβολή) (9) m υ Η γωνία φ µε την οποία το σωµατίδιο αποκλίνει είναι dy qe d q υ d tanϕ= = a= = dx mυ L m ELa x= a (1) Εφαρµόζοντας µαγνητικό πεδίο κάθετα στο ηλεκτρικό η ηλεκτρική και µαγνητική δύναµη µπορούν να εξουδετερωθούν ρυθµίζοντας την τιµή του Β. E qe= qυ B υ = (11) B Αντικαθιστώντας την (11) στη (1) έχουµε q Ed = (1) m B La

Παράδειγµα 3: Κύκλοτρο Το κύκλοτρο αποτελείται από ηµι-κυλινδρικές κοιλότητες (Dee) µεταξύ των οποίων εφαρµόζεται εναλλασσόµενο ηλεκτρικό πεδίο. Το σύστηµα τοποθετείται σε οµοιόµορφο µαγνητικό πεδίο που είναι παράλληλο στον άξονά του. Μία πηγή φορτισµένων σωµατιδίων τοποθετείται στο κέντρο του κυκλότρου. Το ηλεκτρικό πεδίο επιταχύνει τα σωµατίδια καθώς περνούν από το διάστηµα µεταξύ των δύο Dees. Η τροχιά των σωµατιδίων µέσα στα Dee είναι κυκλική µε ακτίνα mυ r= qb Εποµένως η ακτίνα της τροχιάς των σωµατιδίων αυξάνει καθώς αυτά επιταχύνονται κάθε φορά που διέρχονται από το ηλεκτρικό πεδίο. Για να συµβαίνει αυτό θα πρέπει η συχνότητα του ηλεκτρικού πεδίου να συµπίπτει µε τη συχνότητα περιστροφής των σωµατιδίων q ω= B m Παρατήρηση: Η συχνότητα δεν εξαρτάται από την ταχύτητα εποµένως παραµένει σταθερή. Όταν το σωµατίδιο φθάσει στην έξοδο των Dees θα έχει ταχύτητα q υ max = BR m όπου R η ακτίνα των Dees. Αυτή είναι και η µέγιστη ταχύτητα των σωµατιδίων

Μαγνητική δύναµη σε αγωγό διαρεόµενο από ρεύµα Μικροσκοπικά, ένας αγωγός που διαρέεται από ρεύµα µπορεί να θεωρηθεί ως ένα σύνολο κινούµενων φορτισµένων σωµατιδίων Εάν υποθέσουµε ότι υπάρχουν n σωµατίδια ανά µονάδα όγκου τότε η ένταση του ρεύµατος που διαρρέει έναν αγωγό διατοµής S είναι dq dv dl I = = nq = nqs = nqsυ (1) dt dt dt όπου υ η ταχύτητα και q το φορτίο του κάθε σωµατιδίου Ορίζουµε ως πυκνότητα ρεύµατος την ποσότητα I j = = nqυ () S η οποία εκφράζει τη ροή του φορτίου ανά µονάδα επιφάνειας και ανά µονάδα χρόνου. Ως γνωστόν, η δύναµη που ασκείται σε ένα κινούµενο σωµατίδιο είναι F = qυ B (3) και για τα n σωµατίδια που υπάρχουν στην µονάδα του όγκου η δύναµη είναι f = nqυ B (4) Εποµένως, η δύναµη που ασκείται στον αγωγό µήκους L είναι F = fdv = nqυ BdV = nqυ B dv (5) = nqυ BSL= nqυ SLuˆ B= ILuˆ B όπου û το µοναδιαίο διάνυσµα κατά τη διεύθυνση κίνησης του ρεύµατος. Συµπέρασµα: Ένας ρευµατοφόρος αγωγός που βρίσκεται µέσα σε µαγνητικό πεδίο υφίσταται δύναµη ίση µε F = ILuˆ B (6) και είναι κάθετη τόσο στο ρεύµα όσο και στο µαγνητικό πεδίο

Μαγνητική ροπή σε βρόχο διαρεόµενο από ρεύµα Θεωρούµε ένα τετράγωνο αγωγό που διαρέεται από ηλεκτρικό ρεύµα έντασης Ι και βρίσκεται µέσα σε µαγνητικό πεδίο Β Οι δυνάµεις F που ασκούνται στα οριζόντια τµήµατα L του αγωγού έχουν ίσο µέτρο και αντίθετη φορά και τείνουν να παραµορφώσουν τον αγωγό χωρίς όµως να επάγουν ροπή. Αντίθετα, οι δυνάµεις F που ασκούνται στα κατακόρυφα τµήµατα L επάγουν ροπή ( )( sin ) τ = IBL L θ = IBS sinθ (7) και τείνουν να στρέψουν το πλαίσιο κάθετα στο µαγνητικό πεδίο. Ορίζεται ως µαγνητική διπολική ροπή του ρεύµατος το διάνυσµα M = ISu κάθετο στο επίπεδο του αγωγού. ˆN Η σχέση (7) τελικά γράφεται τ = M B Σε αναλογία µε το ηλεκτρικό δίπολο η δυναµική ενέργεια του µαγνητικού διπόλου σε οµογενές µαγνητικό πεδίο είναι = M B Ep (8) (9) (1)

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ ΚΙΝΟΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ Το µαγνητικό πεδίο B που παράγεται σε σηµείο P από φορτίο q που κινείται µε ταχύτητα υ δίνεται από τη σχέση µ ˆ qυ r B= 4π r (11) όπου r η απόσταση του P από το φορτίο και ˆr το µοναδιαίο διάνυσµα µε διεύθυνση από το φορτίο στο σηµείο Ρ. µ = π T m A (µαγνητική διαπερατότητα του κενού), 7 4 1 /

ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕ ΙΟ ΡΕΥΜΑΤΟΦΟΡΟΥ ΑΓΩΓΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΩ ΟΥΣ ΜΗΚΟΥΣ Εφόσον το ηλεκτρικό ρεύµα σε έναν αγωγό είναι ένα σύνολο κινουµένων φορτίων από τη σχέση (11) µε επαλληλία προκύπτει ότι το µαγνητικό πεδίο B που παράγεται σε σηµείο P από ρευµατοφόρο αγωγό στοιχειώδους µήκους dl που διαρέεται από ρεύµα Ι δίνεται από τη σχέση µ ˆ Idl r B= (Νόµος Biot-Savart) (1) 4π r όπου r η απόσταση του P από τον αγωγό και ˆr το µοναδιαίο διάνυσµα µε διεύθυνση από τον αγωγό στο σηµείο Ρ. Για να βρούµε το ολικό µαγνητικό πεδίο B που δηµιουργείται σε ένα σηµείο του χώρου από ένα ρευµατοφόρο αγωγό τυχαίου σχήµατος (και µήκους) ολοκληρώνουµε τη σχέση (1) και έχουµε µ ˆ Idl r B= 4 r π (13) Συµπέρασµα: Το µαγνητικό πεδίο και εποµένως και οι µαγνητικές αλληλεπιδράσεις παράγονται από κινούµενα ηλεκτρικά φορτία

Παράδειγµα 1: Μαγνητικό πεδίο ενός ευθύγραµµου ρευµατοφόρου αγωγού απείρου µήκους B µ I = (14) π R Παράδειγµα : Μαγνητικό πεδίο ενός κυκλικού ρευµατοφόρου αγωγού Το µαγνητικό πεδίο σε ένα σηµείο P κατά µήκος του άξονα του αγωγού που απέχει απόσταση x από το κέντρο του είναι B= µ Iα ( α + x ) Το µαγνητικό πεδίο στο κέντρο του αγωγού (x = ) είναι 3/ (15)

µ I α B = (16) Παράδειγµα 3: Μαγνητικό πεδίο σωληνοειδούς (πηνίου) Ένα σωληνοειδές (πηνίο) αποτελείται από µία οµάδα κυκλικών οµοαξονικών βρόχων που έχουν την ίδια ακτίνα a και διαρρέονται από το ίδιο ρεύµα I. Το µαγνητικό πεδίο στο κέντρο του σωληνοειδούς είναι µ IN B= (κέντρο) (17) L όπου L το µήκος του σωληνοειδούς και N ο αριθµός των σπειρών του. Στα άκρα του σωληνοειδούς το µαγνητικό πεδίο είναι B µ IN = (άκρα) (18) L ισούται δηλαδή µε το µισό της τιµής του στο κέντρο.

ΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΠΑΡΑΛΛΗΛΩΝ ΡΕΥΜΑΤΟΦΟΡΩΝ ΑΓΩΓΩΝ Όταν δύο παράλληλοι ρευµατοφόροι αγωγοί βρεθούν κοντά µεταξύ τους τότε το µαγνητικό πεδίο που σχηµατίζει ο ένας αλληλεπιδρά µε τον άλλον και αντιστρόφως µε αποτέλεσµα να ασκούνται δυνάµεις µεταξύ τους Με συνδυασµό των σχέσεων µ F = ILuˆ B (6) και I B= (14) π R προκύπτει ότι η δύναµη που ασκείται σε αγωγό µήκους L που διαρέεται από ρεύµα Ι από παράλληλο αγωγό µήκους L που διαρέεται από ρεύµα Ι είναι µ II ˆ π R F = ur L (19) όπου u ˆR το µοναδιαίο διάνυσµα κατά µήκος της καθέτου που συνδέει τους δύο αγωγούς. Επίσης, από τις σχέσεις (6) και (14) αποδεικνύεται ότι για οµόρροπα ρεύµατα η δύναµη µεταξύ των αγωγών είναι ελκτική ενώ για αντίρροπα ρεύµατα είναι απωστική.

ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1 Μαγνητική Ροή, Πηγή : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing Εικόνα Πηγή : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing Εικόνα 3 Μαγνητικό πεδίο ευθύγραμμου αγωγού Πηγή : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing Εικόνα 4 Πηγή : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing Εικόνα 5 Μαγνητικό πεδίο πηνίου : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing Εικόνα 6 Πηγή : Serway Physics for Scientists and Engineers (199) Πνευματικά Διακαιώματα: Saunders College Publishing

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα ΕΜΠ» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο ) και από εθνικούς πόρους.