282. Quanta carica?
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282. Quanta carica?
Si ha un tubo di vetro tenuto fisso in posizione verticale. Una spira circolare di raggio maggiore del raggio del tubo è tenuta in posizione orizzontale, coassiale al tubo (cioè quest'ultimo la attraversa perpendicolarmente nel suo centro). La spira ha resistenza ed è connessa in serie con un diodo ideale. La lunghezza del tubo è molto maggiore di . Un piccolo oggetto di momento magnetico costante è fatto cadere nel tubo, partendo molto in alto, in modo che il suo momento magnetico punti sempre verso il basso. Qual è, in modulo, la carica totale che scorre nel diodo durante la caduta dell'oggetto?
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Re: 282. Quanta carica?
Visto che la spira è collegata a un diodo ideale, la corrente scorrerà soltanto in una direzione.
E' noto che il campo generato da un dipolo magnetico è .
Assumo che il dipolo magnetico si muova lungo l'asse della spira passante per il suo centro. Sia la distanza tra il dipolo e il centro della spira, calcoliamo il flusso del campo attraverso una corona circolare di raggi e , con . Il versore punterà verso i punti appartenenti alla corona circolare, quindi sarà inclinato di un angolo rispetto a . Si ha
Integrando (se necessario posto i conti) tra e , si ottiene .
Dalla legge di Faraday, prendendo come positiva, se si ha passaggio di corrente allora . Visto che la d.d.p. applicata agli estremi del diodo cambia verso quando il dipolo oltrepassa la spira (dal momento che il flusso cessa di aumentare col tempo e comincia a diminuire), ci sarà passaggio di corrente dal momento in cui il dipolo è rilasciato fino a quando passa attraverso il piano della spira (o da quando passa dal piano della spira fino a quando arriva a distanza infinita, a seconda delle condizioni iniziali, ma si ottiene lo stesso risultato in entrambi i casi).
Se il flusso varia di in , il dipolo si avvicinerà di e nella spira scorrerà una carica data da .
Visto che il dipolo parte molto lontano, è possibile assumere che la distanza iniziale sia infinita, quindi
E' noto che il campo generato da un dipolo magnetico è .
Assumo che il dipolo magnetico si muova lungo l'asse della spira passante per il suo centro. Sia la distanza tra il dipolo e il centro della spira, calcoliamo il flusso del campo attraverso una corona circolare di raggi e , con . Il versore punterà verso i punti appartenenti alla corona circolare, quindi sarà inclinato di un angolo rispetto a . Si ha
Integrando (se necessario posto i conti) tra e , si ottiene .
Dalla legge di Faraday, prendendo come positiva, se si ha passaggio di corrente allora . Visto che la d.d.p. applicata agli estremi del diodo cambia verso quando il dipolo oltrepassa la spira (dal momento che il flusso cessa di aumentare col tempo e comincia a diminuire), ci sarà passaggio di corrente dal momento in cui il dipolo è rilasciato fino a quando passa attraverso il piano della spira (o da quando passa dal piano della spira fino a quando arriva a distanza infinita, a seconda delle condizioni iniziali, ma si ottiene lo stesso risultato in entrambi i casi).
Se il flusso varia di in , il dipolo si avvicinerà di e nella spira scorrerà una carica data da .
Visto che il dipolo parte molto lontano, è possibile assumere che la distanza iniziale sia infinita, quindi
Ultima modifica di DeoGratias il 14 dic 2021, 23:20, modificato 1 volta in totale.
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Re: 282. Quanta carica?
C'è un errore di conto verso alla fine, tu invito a trovarlo e correggerlo. È davvero necessario derivare rispetto al tempo ?
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Re: 282. Quanta carica?
Mi sono scordato un 2 al denominatore dell'ultima frazione, dovrebbe essere .Luca Milanese ha scritto: ↑14 dic 2021, 20:53 C'è un errore di conto verso alla fine, tu invito a trovarlo e correggerlo.
Effettivamente no: definendo come la carica che è passata nel diodo fino a quando il dipolo è a distanza dalla spira, sempre dalla legge di Faraday , quindi
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Re: 282. Quanta carica?
Ora è perfetto, a te la staffetta!
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