Spira con resistenza e condensatore, immersa in campo magnetico
Salve a tutti.
Non riesco a risolvere questo esercizio:
"Una spira quadrata di lato $a=10cm$ contiene un resistore di resistenza $R=10k \Omega $ e una capacità $C=1 \mu F$ in serie ed è immersa in un campo magnetico uniforme $B_{0}=0.5T$ perpendicolare alla spira. All'istante di tempo $t_{0}=0$ il campo magnetico inizia a decrescere linearmente nel tempo fino ad annullarsi per $t_{f}=1ms$. Calcolare la f.e.m. indotta nel circuito mentre il campo magnetico varia e la carica accumulata sul condensatore al tempo $t_{f}$. Quanto vale l'energia immagazzinata dal condensatore nell'intervallo di tempo $(t_{0}, t_{f})$?"
In linea di principio il campo magnetico dovrebbe essere:
$vec B=B_{0}(1-1000t)$
Il flusso del campo magnetico in funzione del tempo dovrebbe quindi essere:
$\Phi_{B}(t)=int_S vec B cdot hat n_{e} cdot dS=B_{0}(1-1000t)S$
con la superficie della spira che è:
$S=(0.1m)^2=0.01m^2$
La forza elettromotrice indotta nel circuito mentre il campo magnetico varia è, per la Legge di Faraday:
$V(t)=-(d \Phi_{B}) / dt = -(d/dt[B_{0}(1-1000t)S]) = -B_{0}S(-1000)=1000B_{0}S=1000(0.5T)(0.01m^2)=5V$
Orbene, questa tensione non è già più dipendente dal tempo, quindi direi che non va bene.
Considerando che a $t_{0}$ il condensatore è carico, non appena il campo magnetico inizia a decrescere allora il condensatore inizia a scaricarsi con legge esponenziale, dipendente dalla costante di tempo del circuito:
$V_{C}(t)=V_{0}e^(-t/\tau)$
con:
$\tau=RC=(10000 \Omega)(1 cdot 10^(-6)F)=0.01s$
Forse la scarica del condensatore andrebbe considerata già nella legge di $vec B$?
Qual è l'approccio giusto per risolvere questo problema?
Ringrazio fin d'ora chi vorrà aiutarmi.
Maurizio
Non riesco a risolvere questo esercizio:
"Una spira quadrata di lato $a=10cm$ contiene un resistore di resistenza $R=10k \Omega $ e una capacità $C=1 \mu F$ in serie ed è immersa in un campo magnetico uniforme $B_{0}=0.5T$ perpendicolare alla spira. All'istante di tempo $t_{0}=0$ il campo magnetico inizia a decrescere linearmente nel tempo fino ad annullarsi per $t_{f}=1ms$. Calcolare la f.e.m. indotta nel circuito mentre il campo magnetico varia e la carica accumulata sul condensatore al tempo $t_{f}$. Quanto vale l'energia immagazzinata dal condensatore nell'intervallo di tempo $(t_{0}, t_{f})$?"
In linea di principio il campo magnetico dovrebbe essere:
$vec B=B_{0}(1-1000t)$
Il flusso del campo magnetico in funzione del tempo dovrebbe quindi essere:
$\Phi_{B}(t)=int_S vec B cdot hat n_{e} cdot dS=B_{0}(1-1000t)S$
con la superficie della spira che è:
$S=(0.1m)^2=0.01m^2$
La forza elettromotrice indotta nel circuito mentre il campo magnetico varia è, per la Legge di Faraday:
$V(t)=-(d \Phi_{B}) / dt = -(d/dt[B_{0}(1-1000t)S]) = -B_{0}S(-1000)=1000B_{0}S=1000(0.5T)(0.01m^2)=5V$
Orbene, questa tensione non è già più dipendente dal tempo, quindi direi che non va bene.
Considerando che a $t_{0}$ il condensatore è carico, non appena il campo magnetico inizia a decrescere allora il condensatore inizia a scaricarsi con legge esponenziale, dipendente dalla costante di tempo del circuito:
$V_{C}(t)=V_{0}e^(-t/\tau)$
con:
$\tau=RC=(10000 \Omega)(1 cdot 10^(-6)F)=0.01s$
Forse la scarica del condensatore andrebbe considerata già nella legge di $vec B$?
Qual è l'approccio giusto per risolvere questo problema?
Ringrazio fin d'ora chi vorrà aiutarmi.
Maurizio
Risposte
Per quale ragione C dovrebbe essere carico per t=0
... e per quale ragione la fem dovrebbe dipendere dal tempo?
Il flusso varia linearmente e quindi la fem è costante nell'intervallo $0
... e per quale ragione la fem dovrebbe dipendere dal tempo?
Il flusso varia linearmente e quindi la fem è costante nell'intervallo $0
Dato che la spira è immersa nel campo magnetico già da prima di $t_{0}$, ho assunto che la f.e.m. indotta nel circuito avesse già caricato completamente il condensatore. E' per questo che l'ho assunto carico all'istante $t_{0}$, e che i transitori inizino da $t_{0}$ in avanti.
Il testo afferma che il campo inizia a decrescere per t=0 e quindi per t<0, non avendo altre informazioni, non possiamo che supporre che il circuito sia a regime in un campo magnetico B costante e di conseguenza con fem nulla e quindi con condensatore scarico.
BTW Non ha senso quotare interamente un precedente messaggio e quindi ti chiedi se cortesemente puoi cancellare il tuo quoting integrale. Grazie.
BTW Non ha senso quotare interamente un precedente messaggio e quindi ti chiedi se cortesemente puoi cancellare il tuo quoting integrale. Grazie.
Ho cancellato il quoting, come richiesto.
Proverò a risolvere in base alla tua interpretazione.
Grazie.
Proverò a risolvere in base alla tua interpretazione.
Grazie.
Tutor AI
Ciao! Sono il tuo Tutor AI, il compagno ideale per uno studio interattivo. Utilizzo il metodo maieutico per affinare il tuo ragionamento e la comprensione. Insieme possiamo:
- Risolvere un problema di matematica
- Riassumere un testo
- Tradurre una frase
- E molto altro ancora...
Il Tutor AI di Skuola.net usa un modello AI di Chat GPT.
Per termini, condizioni e privacy, visita la relativa pagina.
Per termini, condizioni e privacy, visita la relativa pagina.