Πολική τάση πηγής και κινητήρα.

1)   Έστω ότι ο αγωγός ΑΓ κινείται όπως στο σχήμα με ταχύτητα 5m/s μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης Β=2Τ, έχει μήκος l=1m και αντίσταση r=2Ω και σε κάποια στιγμή διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=3 Α . Ποια η τάση V_ΑΓ;

Απάντηση:

Ο αγωγός κινείται κάθετα στις δυναμικές γραμμές ενός ΟΜΠ οπότε αναπτύσσεται πάνω του μια ΗΕΔ από επαγωγή:

Ε=Βυ; = 2·5·1V= 10V

Με πολικότητα όπως στο σχήμα.

Ο αγωγός δηλαδή λειτουργεί σαν πηγή και δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα στο κύκλωμα, άρα η τάση V_ΑΓδεν είναι τίποτα άλλο από την πολική τάση της πηγής, δηλαδή:

V_ΑΓ=V_πολ=Ε-Ιr

V_ΑΓ=V_πολ=Ε-Ιr = 10V- 3 Α ·2Ω= 4V.

2)  Έστω τώρα ότι ο αγωγός ΑΓ κινείται επίσης με ταχύτητα 5m/s μέσα σε ΟΜΠ έντασης Β=2Τ, έχει μήκος 1m και αντίσταση r=2Ω και σε μια στιγμή το κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι=3 Α, όπως στο σχήμα. Ποια είναι τώρα η τάση V_ΑΓ;

Απάντηση:

Και πάλι ο αγωγός κινείται κάθετα στις  δυναμικές γραμμές ενός ΟΜΠ οπότε αναπτύσσεται πάνω του μια ΗΕΔ από επαγωγή:

Ε=Βυ; = 2·5·1V= 10V

Με πολικότητα όπως στο σχήμα.

Τώρα όμως διαρρέεται από ρεύμα αντίθετης φοράς από αυτή που ο ίδιος θα παρείχε στο κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι περνώντας τα φορτία (θετικά κατά σύμβαση) από την πηγή με ΗΕΔ Ε_επ μεταφέρονται από τον θετικό της πόλο στον αρνητικό. Μεταφέρονται δηλαδή από ένα σημείο με μεγαλύτερο δυναμικό σε σημείο με μικρότερο δυναμικό. Η δυναμική ενέργεια των φορτίων μειώνεται, πράγμα που σημαίνει ότι τα φορτία δίνουν ενέργεια στην πηγή.

Τι σημαίνει αυτό; Ότι η πηγή εδώ δεν λειτουργεί ως πηγή, αλλά ως αποδέκτης, ο οποίος απορροφά ενέργεια από το κύκλωμα και την μετατρέπει σε άλλη μορφή ενέργειας.

Θυμηθείτε τι συμβαίνει όταν φορτίζετε το κινητό σας…. Η μπαταρία φορτίζεται!!! Παίρνει ηλεκτρική ενέργεια και δεν δίνει.

Εδώ ο αγωγός αφαιρεί ηλεκτρική ενέργεια από το κύκλωμα και την μετατρέπει σε μηχανική ενέργεια, αφού ο αγωγός επιταχύνεται από την ασκούμενη δύναμη Laplace και η κινητική του ενέργεια αυξάνεται. Ο αγωγός ΑΓ λοιπόν, εδώ λειτουργεί ως κινητήρας και όχι ως πηγή.

Πόση είναι τώρα η πολική τάση του κινητήρα;

Ας δούμε το παρακάτω σχήμα όπου έχουν σχεδιαστεί και η ΗΕΔ από επαγωγή και η εσωτερική αντίσταση του αγωγού ΑΓ και έστω ένα σημείο Δ μεταξύ τους.

Έχουμε:

V_Α-V_Δ= Ε_επ  (1)

V_Δ- V_Γ=Ι·r   (2)

Με πρόσθεση των (1) και (2) παίρνουμε:

V_Α-V_Γ=Ε_επ + Ι·r

Και με αντικατάσταση παίρνουμε:

V_ΑΓ= Ε_επ + Ι·r= 10V+ 3·2V=16V.

Συμπέρασμα:

Μια πηγή σε ένα κύκλωμα μπορεί να λειτουργεί πραγματικά σαν γεννήτρια και τότε η πολική της τάση είναι μικρότερη από την ΗΕΔ και ισχύει V_πολ=Ε-Ι·r, αλλά μπορεί να λειτουργεί και ως αποδέκτης και τότε η πολική τάση υπακούει στην εξίσωση V_πολ=Ε+Ιr.

Μπορείτε να κατεβάσετε το αρχείο και σε pdf.