Inducerad spänning i stav som faller
En 2,0 meter lång stålstav hålls parallellt med marken på hög höjd till den plötsligt släpps. När staven fallit 1,0 s är spänningen mellan dess ändar 0,32 mV. Beräkna hur stor spänningen mellan stavens ändar är efter 3,0 sekunders fall.
I facit menar man att detta är en "fritt-fall"-situation där enbart gravitationen inverkar. Men, om man utgår ifrån att...
- Stavens hastighet är nedåt i bilden
- Jordmagnetiska magnetfältets horisontalkomposant är riktat UT ur pappret
- Stavens längd är ritad med dess längd i papprets plan, d.v.s. ritad så här: ---------------------
...så är alla dessa tre komponenter vinkelräta mot varandra och det uppstår en inducerad spänning.
Detta, med hjälp av högerhandsregeln, ger att elektronerna i staven får en magnetisk kraft till vänster (då uppstår en elektrisk kraft till höger).
Med tanke på att elektronerna rör sig till vänster, så går alltså strömmens riktning till höger. Med högerhandsregeln kan man då ta reda på att elektronerna, när de rör sig mot pluspolen, påverkas av en magnetisk kraft som är riktad neråt i bild. Och jag antar att detta inte är gravitationskraften, utan en annan kraft som måste adderas till gravitationen?
(För övrigt tycker jag det är konstigt att denna kraft bli riktad neråt - den bore väl vara riktad uppåt, enligt Lenz lag? Eftersom staven redan är påväg nedåt så bör det uppstå en kraft riktad uppåt istället?)
Det som händer är att elektronerna rör sig nedåt, eftersom hela staven rör sig nedåt. Det innebär att strömmen ur detta hänseende rör sig uppåt (eftersom strömmens riktning är motsatsen till elektronernas rörelseriktning, knepigt nog).
Om strömmen går uppåt och magnetfältet kommer ut ur skärmen så blir kraften riktad åt höger. Elektroner är lättrörliga, så denna kraft får dem att röra sig åt höger. Då bygger man upp en negativt laddad ände till höger (med överskott av elektroner) och en positivt laddad ände till vänster (med underskott av elektroner). Till slut är den motriktade elektriska kraften som uppstår mellan ändarna så stor att elektroner inte längre kan förflyttas åt höger. Då slutar spänningen att växa mellan ändarna. Spänningen mellan ändarna ges då av sambandet e=Blv.
Var det svaret på din fråga, eller undrade du över något annat?
E = Bvl...åsså håll reda på högerhandsregeln...
Teraeagle skrev:Det som händer är att elektronerna rör sig nedåt, eftersom hela staven rör sig nedåt. Det innebär att strömmen ur detta hänseende rör sig uppåt (eftersom strömmens riktning är motsatsen till elektronernas rörelseriktning, knepigt nog).
Om strömmen går uppåt och magnetfältet kommer ut ur skärmen så blir kraften riktad åt höger. Elektroner är lättrörliga, så denna kraft får dem att röra sig åt höger. Då bygger man upp en negativt laddad ände till höger (med överskott av elektroner) och en positivt laddad ände till vänster (med underskott av elektroner). Till slut är den motriktade elektriska kraften som uppstår mellan ändarna så stor att elektroner inte längre kan förflyttas åt höger. Då slutar spänningen att växa mellan ändarna. Spänningen mellan ändarna ges då av sambandet e=Blv.
Var det svaret på din fråga, eller undrade du över något annat?
Tack, nu hänger jag med! Min lärobok har beskrivit en sådan här situation på samma sätt som dig. Men, de menar även att elektronernas färd "inne i staven" ger upphov till en magnetisk kraft, som i denna uppgift blir riktad uppåt om jag inte tänker fel nu (detta är alltså en bromsande kraft enligt Lenz lag). Stämmer detta?
En liten bonusfråga (även fast denna inte är relevant för att kunna lösa uppgiften): den bromsande kraft jag precis nämnde, är den lika stor som den magnetiska kraft som i staven är riktad åt höger? Jag menar, värdena (v, B och l) är ju samma för båda dessa, eller?
Affe Jkpg skrev:E = Bvl...åsså håll reda på högerhandsregeln...
Hehe, ja de blev lite fel... tänkte att stavens hastighet, som i denna uppgift är riktad neråt, skulle vara tummen i högerhandsregeln. Men tummen ska alltså peka rakt upp istället, om jag förstått rätt..?
Axelz skrev:Teraeagle skrev:Det som händer är att elektronerna rör sig nedåt, eftersom hela staven rör sig nedåt. Det innebär att strömmen ur detta hänseende rör sig uppåt (eftersom strömmens riktning är motsatsen till elektronernas rörelseriktning, knepigt nog).
Om strömmen går uppåt och magnetfältet kommer ut ur skärmen så blir kraften riktad åt höger. Elektroner är lättrörliga, så denna kraft får dem att röra sig åt höger. Då bygger man upp en negativt laddad ände till höger (med överskott av elektroner) och en positivt laddad ände till vänster (med underskott av elektroner). Till slut är den motriktade elektriska kraften som uppstår mellan ändarna så stor att elektroner inte längre kan förflyttas åt höger. Då slutar spänningen att växa mellan ändarna. Spänningen mellan ändarna ges då av sambandet e=Blv.
Var det svaret på din fråga, eller undrade du över något annat?
Tack, nu hänger jag med! Min lärobok har beskrivit en sådan här situation på samma sätt som dig. Men, de menar även att elektronernas färd "inne i staven" ger upphov till en magnetisk kraft, som i denna uppgift blir riktad uppåt om jag inte tänker fel nu (detta är alltså en bromsande kraft enligt Lenz lag). Stämmer detta?
En liten bonusfråga (även fast denna inte är relevant för att kunna lösa uppgiften): den bromsande kraft jag precis nämnde, är den lika stor som den magnetiska kraft som i staven är riktad åt höger? Jag menar, värdena (v, B och l) är ju samma för båda dessa, eller?
Kom faktiskt på en till fråga: om det nu är så att det bildas en kraft rakt upp, då är det ju inte längre ett fritt fall som det påstås vara?
Axelz skrev:Tack, nu hänger jag med! Min lärobok har beskrivit en sådan här situation på samma sätt som dig. Men, de menar även att elektronernas färd "inne i staven"ger upphov till en magnetisk kraft, som i denna uppgift blir riktad uppåt om jag inte tänker fel nu (detta är alltså en bromsande kraft enligt Lenz lag). Stämmer detta?
Så borde det bli, ja.
En liten bonusfråga (även fast denna inte är relevant för att kunna lösa uppgiften): den bromsande kraft jag precis nämnde, är den lika stor som den magnetiska kraft som i staven är riktad åt höger? Jag menar, värdena (v, B och l) är ju samma för båda dessa, eller?
Hastigheten är inte lika stor. I första fallet är hastigheten lika stor som hos staven men i andra fallet beror det på hur snabbt elektronerna rör sig från vänster till höger inne i staven när de utsätts för den magnetiska kraften.
Kom faktiskt på en till fråga: om det nu är så att det bildas en kraft rakt upp, då är det ju inte längre ett fritt fall som det påstås vara?
Sant, men den kraften är troligtvis försumbar jämfört med gravitationskraften så i praktiken blir det ett fritt fall. I verkligheten finns det viktigare faktorer som gör att det inte blir ett riktigt fritt fall, inte minst luftmotståndet.
