FyB Studiearbete B2 (alla frågor) StuArb2 (Ins 4), fråga 2 Nästa fråga (3a)

2. Två raka skenor AB och CD är parallella och befinner sig på avståndet 1,50 m från varandra. Skenorna, vars resistans är försumbar, förenas mellan A och C av en resistor på 10,0 W . Vinkelrät mot skenornas plan finns ett homogent magnetfält med flödestätheten 0,100 T. En annan skena med resistansen 20,0 W glider med hastigheten 8,00 m/s längs de båda skenorna. Vad visar den inkopplade voltmetern?

Använd inte prefixer (som kilo osv)! Du kan använda tio-potens skrivning enligt följande exempel:
2*10-11 skrivs: 2E-11   eller  2*10^-1l  eller  2*10**-11
Rätt
Lösning:
Först kan man bestämma den inducerade EMK:n, E = lvB = 1,5*8*0,1 = 1,2V. En Voltmeter brukar ha så stor inre resistans (oftast flera kohm) så vi behöver inte ta hänsyn till strömmen genom den jämfört med parallella resistor-n(-erna). Man kan se att detta motsvarar att bestämma polspänning på en emk källa U = E - Ri I och E = I (R+ Ri) ger I = E/(R+ Ri) = 1,2/(10+20) = 0,04 A. Då blir U = E - Ri I = 1,2 - 20*0,04 = 0,40 V (Polspänning blir ju lika stor som spänningsfallet över resten av kretsen, så man skulle kunna ta U = IR = 0,04*10 = 0,40V)
Nästa fråga (3a)
Det har hänt att elever har tänkt
Inducerade spänning e = l B v = 1,2 Volt     (rätt)
sedan: I=e/R = 0,06 A
och bestämt spänningen över yttre resistorn: U = 10*0.06
Men strömmen som uppkommer begränsas inte bara av 20 W resistorn! Fixa strömmen så får du rätt sedan. Prova! NEJ men du är på rätt väg. Den emk som induceras i den rörliga delen blir mycket riktigt 1,2 V, men så snart det flyter en ström så uppkommer även ett spänningsfall i den rörliga delen. Ungefär som när man tittar på ett batteri. Den har en emk på t.ex. 1.5 V som beror på de metaller och kemikalier den är uppbyggd av. Men när man tar ut en ström sjunker "polspänningen", som är det vi kan mäta utanpå. De får göra samma typ av resonemang här. Prov igen! (Kolla tipsen om du går bet!) Tyvärr det var inte det svaret vi hoppats på. Kolla att du har: svarat med enheten som anges efter svarsrutan, inte skrivit text i rutan, och avrundat på lämpligt sätt och Prova igen!
Om du inte kommer fram till rätt svar, kolla tipsen!
Vi skall bestämma vad voltmetern visar. Vad beror den på? Dels på hur stor spänning induceras.. och dels på ev. spänningsfall på väg. (Vi får räkna med att voltmeter är bra (= har stor resistans så försumbar ström passerar genom den) Först kan man bestämma den inducerade EMK e = lvB men, liksom ett batteri, det kan uppstå ett spänningsfall redan i den ledningen där spänningen skapas på grund as dess "inre"resistans.
Prova själv innan du läser flera tips! = 1,5*8*0,1 = 1,2V. Men voltmeter visar inte detta. Varför? Det kommer att löpa en ström genom de två resistorerna. Trots att det induceras en spänning i den rörliga så ger strömmen upphov till ett spänningsfall i den.
Man kan se att detta motsvarar att bestämma polspänning på en emk källa: U = E - Ri I
dvs U , polspänningen som "kommer ur" en spänningskälla sjunker från E, dess EMS eller obelastade spänning, med ett belopp som beror av 'inre resistansen' hos källan och strömmen som tas ut. och E = I (R+ Ri) ger I = E/(R+ Ri) = 1,2/(10+20) = 0,04 A. Då blir U = E - Ri I = 1,2 - 20*0,04 = 0,40 V
(Polspänning blir ju lika stor som spänningsfallet över resten av kretsen, så man skulle kunna ta U = IR = 0,04*10 = 0,40V )
Dokument slutlinje
© CFL Jeff Forssell; Senaste uppdatering 2003-02-12 10:06; Fy/delat/Fysik/Binsu/insq4-2.htm