Zadanie 5: Indukcja elektromagnetyczna w układzie prętów

Arkusz
CKE Czerwiec 2023 · Czerwiec · 2023
Punkty
7 pkt
Dział
Pole magnetyczne · Pole wokół przewodnika z prądem
Trudność
Poziom trudności: średnie
Zadanie dotyczy analizy zjawiska indukcji elektromagnetycznej w układzie dwóch równoległych prętów z poruszającą się poprzeczką, zasilających dwa oporniki.

Treść zadania

Dwa miedziane pręty ułożono równolegle w płaszczyźnie poziomej. Do końców obu tych prętów podłączono oporniki o oporach elektrycznych R1=3 ΩR_1 = 3\,\Omega oraz R2=6 ΩR_2 = 6\,\Omega. Odległość pomiędzy tymi prętami była równa d=0,4 md = 0,4\,\text{m}. Na prętach położono miedzianą poprzeczkę, a całość umieszczono w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B=0,2 TB = 0,2\,\text{T}. Wektor BB indukcji magnetycznej tego pola był zwrócony prostopadle za płaszczyznę rysunku (zwrot pola oznaczono symbolem ⊗\otimes). Do poprzeczki przyłożono poziomą siłę FF, w wyniku czego zaczęła się ona poruszać w prawo i po pewnym czasie osiągnęła stałą prędkość o wartości v=1,5 m/sv = 1,5\,\text{m/s}. Przyjmij, że poprzeczka przesuwa się po prętach bez tarcia. Pomiń opór elektryczny poprzeczki i prętów oraz opór elektryczny na styku prętów i poprzeczki. Pomiń pole magnetyczne wytworzone przez prąd płynący w obwodzie. Końce poprzeczki wystają poza pręty. Zadanie 5.1. (0–1) Wyjaśnij, dlaczego mimo działania siły FF poprzeczka po pewnym czasie poruszała się ze stałą prędkością. Zadanie 5.2. (0–2) Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe. 1. Podczas ruchu poprzeczki na jednym z jej wystających końców gromadzą się ładunki ujemne, a na drugim wystającym końcu – dodatnie. 2. Natężenia prądów płynących przez oporniki R1R_1 i R2R_2 zależą od wartości indukcji pola magnetycznego, w którym znajduje się cały układ. 3. Natężenia prądów płynących przez oporniki R1R_1 i R2R_2 zależą od wartości prędkości, z jaką porusza się poprzeczka. Zadanie 5.3. (0–1) Na rysunku 2. zaznacz strzałkami, w którą stronę płynie prąd przez każdy z oporników oraz przez poprzeczkę. Strzałki narysuj na opornikach i obok poprzeczki. Zadanie 5.4. (0–3) Oblicz moc elektryczną wydzielaną w całym obwodzie podczas ruchu poprzeczki z prędkością o wartości vv.

Odpowiedź i wynik końcowy

5.1: Siła elektrodynamiczna (siła Lorentza) działająca na poprzeczkę równoważy siłę zewnętrzną FF. 5.2: 1-P, 2-P, 3-P. 5.4: P=0,024 WP = 0,024\,\text{W}.

Wideo-rozwiązanie krok po kroku

Obejrzyj publiczne rozwiązanie wideo na YouTube