Μαγνήτες
Η αλληλεπίδραση πόλων δείχνει ότι γύρω από έναν μαγνήτη υπάρχει περιοχή μαγνητικής δράσης.
Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ · ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 · 23 ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΩΡΕΣ
Από το πείραμα του Oersted και τον νόμο Biot–Savart μέχρι τη δύναμη Lorentz, την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων, τη δύναμη Laplace και την αλληλεπίδραση παράλληλων αγωγών.
ΕΠΙΣΗΜΗ ΥΛΗ 2026–2027
Το κεφάλαιο διδάσκεται από το Τεύχος Β΄ της Φυσικής Γ΄ Λυκείου και έχει ενδεικτική κατανομή 23 διδακτικών ωρών.
4.1 · ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η αλληλεπίδραση πόλων δείχνει ότι γύρω από έναν μαγνήτη υπάρχει περιοχή μαγνητικής δράσης.
Το πείραμα του Oersted δείχνει ότι ένα ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό.
Σε κάθε σημείο του πεδίου η ένταση περιγράφεται από το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής B.
4.2–4.3 · ΝΟΜΟΣ BIOT–SAVART
Χρησιμοποιούμε τη σχέση για το μέτρο. Στην ύλη δεν ζητείται ανάλυση του ΔB σε συνιστώσες.
Το B μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με την απόσταση r.
Η φορά προκύπτει από τον κανόνα δεξιού χεριού.
Άλλαξε ένταση ρεύματος και απόσταση από τον αγωγό.
3D ΟΠΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ · 4.3
Περιστρέψε την εικόνα και παρατήρησε ότι οι δυναμικές γραμμές σχηματίζουν ομόκεντρους κύκλους γύρω από τον αγωγό. Η γεωμετρία κάνει ορατή τη συμμετρία πίσω από τη σχέση B∝I/r.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Έλεγξε ποιοτικά δύο προβλέψεις: διπλασιασμός του I ενισχύει το πεδίο, ενώ αύξηση της απόστασης r το εξασθενεί. Στη συνέχεια σύνδεσε τη φορά των γραμμών με τον κανόνα του δεξιού χεριού.
3D ΟΠΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ · 4.3
Δες το μαγνητικό πεδίο ενός κυκλικού ρευματοφόρου αγωγού στον χώρο και παρατήρησε πώς οι συνεισφορές όλων των στοιχειωδών τμημάτων συνδυάζονται κατά μήκος του άξονά του.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Πρόβλεψε πρώτα τη φορά του B στο κέντρο του κύκλου. Έπειτα αντέστρεψε το ρεύμα και έλεγξε αν αντιστρέφεται και το διάνυσμα του πεδίου.
4.4 · ΝΟΜΟΣ AMPÈRE
Το νόημα του νόμου φαίνεται καλύτερα όταν η γεωμετρία έχει αρκετή συμμετρία ώστε το B να είναι σταθερό κατά μήκος της αμπεριανής καμπύλης.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ 1
Χάραξε διαφορετικές κλειστές διαδρομές γύρω από έναν ή δύο ρευματοφόρους αγωγούς και παρατήρησε τι αλλάζει — και τι μένει ίδιο — όταν το περικλειόμενο ρεύμα παραμένει το ίδιο.
Η προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Όχι. Μηδενίζεται το κλειστό άθροισμα των συνεισφορών κατά μήκος της διαδρομής όταν το αλγεβρικό περικλειόμενο ρεύμα είναι μηδέν· αυτό δεν απαιτεί να είναι B=0 σε κάθε σημείο.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ 2
Μετακίνησε την κυκλική αμπεριανή διαδρομή και σύνδεσε τη συμμετρία του πεδίου με τη γνωστή σχέση για το μέτρο του B γύρω από ευθύγραμμο αγωγό μεγάλου μήκους.
Διερεύνησε τη μεταβολή του B καθώς αλλάζει η ακτίνα r.
Όλα τα σημεία της κυκλικής διαδρομής απέχουν το ίδιο r από τον ευθύγραμμο αγωγό. Από την κυλινδρική συμμετρία το μέτρο του B είναι ίδιο πάνω στη διαδρομή και το B είναι εφαπτόμενο σε αυτήν. Έτσι προκύπτει B·2πr=μ₀I.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ 3
Μετακίνησε τα σημεία της ορθογώνιας διαδρομής, άλλαξε το ρεύμα και παρατήρησε ποιες πλευρές συνεισφέρουν στον νόμο του Ampère.
Μετέβαλε το ρεύμα και το σχήμα της αμπεριανής διαδρομής.
Στις κάθετες πλευρές τα B και dℓ είναι κάθετα, οπότε η συνεισφορά είναι μηδενική. Έξω από ένα ιδανικό πολύ μακρύ σωληνοειδές το πεδίο θεωρείται αμελητέο. Έτσι η ουσιαστική συνεισφορά προέρχεται από την εσωτερική πλευρά και οδηγεί στη σχέση B=μ₀nI.
ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΗ ΟΠΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ · 4.4
Μετά τη δραστηριότητα Ampère, χρησιμοποίησε την απεικόνιση LIC για να δεις καθαρά γιατί στο εσωτερικό ενός μακριού σωληνοειδούς το πεδίο προσεγγίζει ομογενές, ενώ εξωτερικά είναι πολύ ασθενέστερο.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Εντόπισε μια περιοχή στο εσωτερικό όπου οι γραμμές είναι σχεδόν παράλληλες και πυκνές και μία περιοχή έξω από το πηνίο. Εξήγησε γιατί αυτή η εικόνα δικαιολογεί τις προσεγγίσεις που κάναμε στον νόμο Ampère.
4.5 · ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΡΟΗ
Η γωνία θ είναι η γωνία ανάμεσα στο B και στην κάθετη της επιφάνειας — όχι ανάμεσα στο B και στο ίδιο το επίπεδο.
Άλλαξε τη γωνία της κάθετης και δες τη ροή να μεταβάλλεται.
4.7 · ΔΥΝΑΜΗ LORENTZ
Η δύναμη είναι μέγιστη για υ ⟂ B και μηδενική για υ ∥ B.
Επειδή η δύναμη είναι κάθετη στην ταχύτητα, δεν αλλάζει την κινητική ενέργεια.
Η φορά της δύναμης αντιστρέφεται όταν αλλάξει το πρόσημο του φορτίου.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ · 4.7
Παρατήρησε την εκτροπή φορτισμένου σωματιδίου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο και σύνδεσε τη φορά της δύναμης με το q, το υ και το B.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Κράτησε ίδια την ταχύτητα και το πεδίο, άλλαξε μόνο το πρόσημο του q και έλεγξε ότι αντιστρέφεται η εκτροπή. Τι μένει ίδιο στο μέτρο της ταχύτητας;
4.8–4.9 · ΚΙΝΗΣΗ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ
Μεγαλύτερη ορμή → μεγαλύτερη ακτίνα. Ισχυρότερο B → μικρότερη ακτίνα.
Η περίοδος δεν εξαρτάται από το μέτρο της ταχύτητας.
Άλλαξε υ και B και δες πώς μεταβάλλεται η ακτίνα.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ · 4.8
Η προσομοίωση δείχνει απευθείας την κυκλική τροχιά φορτισμένου σωματιδίου με υ⊥B και βοηθά να συνδεθεί η γεωμετρία της κίνησης με τη σχέση R=mυ/(|q|B).
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Μεταβάλλοντας μία παράμετρο κάθε φορά, έλεγξε ότι μεγαλύτερη ταχύτητα οδηγεί σε μεγαλύτερη ακτίνα, ενώ ισχυρότερο B σε μικρότερη.
ΕΦΑΡΜΟΓΗ · 4.9
Δύο σωματίδια με ίδια ταχύτητα αλλά διαφορετικό λόγο φορτίου προς μάζα ακολουθούν διαφορετικές ακτίνες μέσα στο ίδιο μαγνητικό πεδίο.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Σύγκρινε τις δύο τροχιές και χρησιμοποίησε τη σχέση R=mυ/(|q|B) για να εξηγήσεις ποιο σωματίδιο έχει μεγαλύτερο |q|/m.
4.10 · ΔΥΝΑΜΗ LAPLACE
Χρησιμοποιούμε τη σχέση χωρίς απόδειξη, όπως προβλέπουν οι οδηγίες.
Άλλαξε τη φορά του ρεύματος και παρατήρησε τη φορά της δύναμης.
4.11 · ΔΥΟ ΠΑΡΑΛΛΗΛΟΙ ΑΓΩΓΟΙ
Το αποτέλεσμα προκύπτει από το μαγνητικό πεδίο του ενός αγωγού και τη δύναμη Laplace στον άλλο.
Οι δυνάμεις στους δύο αγωγούς είναι στραμμένες ο ένας προς τον άλλο: έλξη.
Οι δυνάμεις είναι στραμμένες προς τα έξω: άπωση.
ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ · 4.11
Δες τις δυναμικές γραμμές δύο παράλληλων αγωγών με ομόρροπα ρεύματα και σύνδεσε την κατανομή του πεδίου με τη δύναμη που ασκεί ο ένας αγωγός στον άλλο.
Η 3D προσομοίωση φορτώνεται μόνο όταν τη χρειαστείς.
Στο σημείο του δεύτερου αγωγού βρες πρώτα τη φορά του B που δημιουργεί ο πρώτος και έπειτα χρησιμοποίησε τον κανόνα για τη δύναμη Laplace. Επαλήθευσε ότι τα ομόρροπα ρεύματα έλκονται.
ΠΛΟΗΓΟΣ ΕΠΙΛΥΣΗΣ
Αγωγός, σπείρα, πηνίο ή εξωτερικό ομογενές πεδίο;
Το μέτρο βγαίνει από τύπο· η φορά απαιτεί κανόνα δεξιού χεριού.
Φορτίο → Lorentz. Ρευματοφόρος αγωγός → Laplace.
Αν ναι, η κίνηση μπορεί να είναι κυκλική και η Lorentz κεντρομόλος.
Αν υπάρχει, σκέψου τον νόμο Ampère.
Στη ροή, η θ μετριέται από την κάθετη της επιφάνειας.
ΛΥΜΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ
Για ευθύγραμμο αγωγό: .
Ο λόγος παραμένει ίδιος.
.
Η ακτίνα είναι ανάλογη της υ.
Αρχικά θ=0° ⇒ Φ₀=BA.
Μετά: .
ΤΡΑΠΕΖΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗΣ
Αν αντιστραφεί το ρεύμα σε ευθύγραμμο αγωγό, τι συμβαίνει στις γραμμές B;
Η φορά όλων των μαγνητικών γραμμών αντιστρέφεται.
Πότε είναι FL=0 για κινούμενο φορτίο σε ομογενές B;
Όταν υ ∥ B ή υ αντιπαράλληλη στο B, δηλαδή θ=0° ή 180°.
Αν διπλασιαστεί η ταχύτητα, αλλά m, q, B μείνουν σταθερά, αλλάζει η περίοδος;
Όχι. , άρα είναι ανεξάρτητη από την υ.
Δύο παράλληλοι αγωγοί διαρρέονται από αντίρροπα ρεύματα. Ποια είναι η αλληλεπίδρασή τους;
Απωθούνται.
Για ποια γωνία θ της κάθετης με το B έχουμε μέγιστη και για ποια μηδενική ροή;
Μέγιστη σε θ=0°, μηδενική σε θ=90°.
Μπορεί μόνο ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο να αυξήσει την κινητική ενέργεια φορτισμένου σωματιδίου;
Όχι. Η μαγνητική δύναμη είναι κάθετη στην ταχύτητα και δεν παράγει έργο.
ΜΙΚΡΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ
Ως .
Όχι. Μετριέται από την κάθετη στην επιφάνεια.
Όχι όταν δρα μόνη της. Αλλάζει τη διεύθυνση της ταχύτητας.
Όχι.
Έλκονται.
Αν ξεχωρίζεις ποιος δημιουργεί το πεδίο, ποιο σώμα δέχεται τη δύναμη και ποιος κανόνας δίνει τη φορά, το κεφάλαιο παύει να είναι συλλογή από δεξιά χέρια και γίνεται μία ενιαία φυσική εικόνα.
Για επιπλέον εξάσκηση μπορείς να αξιοποιήσεις την επίσημη Τράπεζα Θεμάτων και το Study4Exams.
Επίλεξε την επίσημη Τράπεζα Θεμάτων του ΙΕΠ ή το trapeza-thematon.gr.
Βρες επιπλέον ερωτήσεις, φύλλα εργασίας και επαναληπτική εξάσκηση.
Μετάβαση στο Study4Exams ↗