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[Risolto] Esercizio campo magnetico

  

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In una regione di spazio viene registrato un campo magnetico uniforme nello spazio e variabile nel tempo secondo la legge temporale $B(t)=B_{\max } \sin (\omega t) .$ Sempre in tale regione si trova un solenoide costituito da $\mathrm{N}$ spire circolari, di rame, con asse parallelo al campo magnetico. Siano d e $d^{\prime}$ rispettivamente il diametro di ciascuna spira e il diametro del filo di cui è costituita la generica spira. Sono noti i seguenti dati:
\[
\begin{array}{c}
N=5000, B_{\max }=2,000 \cdot 10^{-2} \mathrm{T}, \quad \omega=500,0 \mathrm{rad} / \mathrm{s}, \quad d=5,000 \mathrm{cm}, \quad d^{\prime}=1,000 \cdot 10^{-3} \mathrm{m} \\
\rho=0,0168 \cdot 10^{-6} \Omega \cdot m
\end{array}
\]
Illustrando le varie leggi utilizzate:
a) Calcola la resistenza del solenoide.
b) Come varia il flusso del campo magnetico $\vec{B}(t)$ nel tempo?
c) Determina l'espressione della corrente indotta nel solenoide.

20200604 092650

 

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a)

la legge da utilizzare è la legge di Ohm che permette di conoscere la resistenza di un tratto di filo conduttore di lunghezza $L_{tot}$, di sezione $S$ e di resistività $\rho$ tramite la formula:

$R=\rho \frac{L_{tot}}{S}$

calcoliamo la sezione $S$:

$r'=d'/2=0.0005 m$

$S=\pi r'^2=7.854*10^{-7} m^2$

calcoliamo adesso $L_{tot}$ come 

$L_{tot}=N*L_1$ dove $L_1$ è la lunghezza di una singola spira del solenoide.

$L_1=\pi d=0.15708 m$

E quindi

$L_{tot}=5000*L_1=785.398 m$

Ne deriva che la resistenza vale:

$R=\rho \frac{L_{tot}}{S}=16.8 \Omega$

b)

la superficie della singola spira del solenoide è

$S_{spira}=\pi (d/2)^2=0.0019635 m^2$

Il flusso attraverso una singola spira è quindi:

$\phi_1(t)=B(t)*S_{spira}$ mentre il flusso attraverso tutto il solenoide è:

$\phi_{tot}(t)=N\phi_1(t)=NB(t)*S_{spira}=5000*0.0019635*B(t)=9.817B(t)=9.817B_{max}sin(\omega t)$

e cioè

$\phi_{tot}(t)=0.19365sin(500t)$

c)

la fem indotta è:

$fem=-\frac{d\phi_{tot}(t)}{dt}=-0.19365*500cos(500t)=-98.175cos(500t)$ $V$

Quindi per la legge di Ohm $V=RI$ e quindi $I=V/R$ otteniamo che 

$i(t)=fem/R=-\frac{98.175}{16.8}cos(500t)=-5.84cos(500t)$ $A$



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