ΗΕΔ σε Κινούμενη Ράβδο
Όταν μια μεταλλική ράβδος μήκους \(l\) κινείται κάθετα στις γραμμές ενός ομογενούς μαγνητικού πεδίου με ταχύτητα \(υ\) , τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που βρίσκονται μέσα στον αγωγό δέχονται δύναμη κάθετη τόσο στην ταχύτητα κίνησης όσο και στη διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Η κατεύθυνση της δύναμης βρίσκεται με βάση τον κανόνα του δεξιού χεριού. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι κάθετες και στον αγωγό και στην ταχύτητά του και έχουν φορά από τον αναγνώστη προς τη σελίδα όπως δείχνεται στην εικόνα.
Το σύμβολο ⨂ υποδηλώνει την κατεύθυνση ενός τρισδιάστατου διανύσματος σε ένα δισδιάστατο σχέδιο. Είναι σαν να εμφανίζεται το πίσω μέρος ενός βέλους, τα φτερά του, που διαπερνά κάθετα τη σελίδα του βιβλίου, κατευθυνόμενο από τον αναγνώστη προς τη σελίδα. Το σύμβολο ʘ θα υποδηλώνει την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή σαν να εμφανίζεται η αιχμή του βέλους που έρχεται από τη σελίδα προς τον αναγνώστη. Η δύναμη που δέχεται το ελεύθερο ηλεκτρόνιο από το μαγνητικό πεδίο ονομάζεται δύναμη \(Lorentz\) και εξαρτάται από το μαγνητικό πεδίο \(Β\), την ταχύτητα \(υ\) και το φορτίο του ηλεκτρονίου \(q\) με τη σχέση \(F=B\cdot υ \cdot q\). Αυτή η δύναμη προκαλεί την κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων προς το άκρο Λ του αγωγού. Έτσι καθώς ο αγωγός κινείται μέσα στο μαγνητικό πεδίο δημιουργείται συσσώρευση αρνητικού φορτίου στο άκρο Λ και κατά συνέπεια έλλειμα αρνητικού φορτίου, άρα πλεόνασμα θετικού φορτίου στο άκρο Κ. Αυτός ο διαχωρισμός των φορτίων κατά μήκος του αγωγού, δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο στο χώρο του αγωγού έντασης \(E\) με φορά από το άκρο Κ προς το άκρο Λ. Στα ελεύθερα ηλεκτρόνια εκτός από τη δύναμη \(Lorentz\) ασκείται και δύναμη \(Coulomb\) που δίνεται από τη σχέση \(F_{ηλ}=E \cdot q\). Οι δυνάμεις αυτές έχουν αντίθετη κατεύθυνση όπως δείχνεται στην εικόνα. Όσο η δύναμη \(Lorentz\) έχει μεγαλύτερο μέτρο από τη δύναμη \(Coulomb\) ο διαχωρισμός των φορτίων συνεχίζεται με αποτέλεσμα να αυξάνεται η δύναμη \(Coulomb\). Όταν τα μέτρα των δυνάμεων εξισωθούν τότε σταματάει η μετακίνηση φορτίου με αποτέλεσμα την εμφάνιση \(ΗΕΔ\) στα άκρα ΚΛ. Στα αγγλικά βιβλία υπάρχει ο όρος \(EMF\) Electromotive Force.
\[B\cdot υ \cdot q = E \cdot q \Rightarrow E=B \cdot υ\]Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων του αγωγού είναι η τάση, που ονομάζεται επαγωγική ΗΕΔ και υπολογίζεται αν αντικαταστήσουμε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου \(Ε\) από τη σχέση \(E=\frac{V_{ΚΛ}}{l}\) και συμβολίσουμε τη διαφορά δυναμικού \(V_{ΚΛ}\) ως \(Ε_{επ}\)
\[E=B \cdot υ \Rightarrow \frac{V_{ΚΛ}}{l}=B \cdot υ \Rightarrow \frac{E_{επ}}{l}=B\cdot υ \Rightarrow E_{επ} =Β \cdot υ \cdot l\]blog comments powered by Disqus