Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Εύκολο)

Η μεταλλική οριζόντια ράβδος ΟΓ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\]. Το σημείο Μ είναι το μέσο της ράβδου. Το τμήμα ΟΜ βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β_1=Β\] ενώ το τμήμα της ΜΛ βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B_2=2B\] που είναι ομόρροπη με την \[\vec{B}_1\] όπως φαίνεται στο σχήμα. Αν αντιστρέψω τη φορά της \[B_1\] τότε ο λόγος των μέτρων των εντάσεων των μαγνητικών πεδίων \[\frac{B_1}{B_2}\] ώστε αν συνδέσω έναν αντιστάτη στα άκρα Ο, Γ της ράβδου αυτός να μην διαρρέεται από ρεύμα είναι:

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, ,\, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο ιδανικό. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο πανομοιότυποι μαγνήτες \[(1),\, (2)\] έχουν τους άξονές τους κατακόρυφους και αυτοί διέρχονται απ’ τα κέντρα πανομοιότυπων μεταλλικών δακτυλίων \[(1),\, (2)\] που κρατούνται ακίνητοι. Ο δακτύλιος \[(1)\] είναι κλειστός ενώ ο \[(2)\] παρουσιάζει μικρή εγκοπή. Οι μαγνήτες αφήνονται απ’ το ίδιο ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες. Οι μαγνήτες φτάνουν στο έδαφος με κινητικές ενέργειες \[Κ_1,\, Κ_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή;

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[3R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Ο μεταγωγός αρχικά είναι στη θέση Α και το πηνίο έχει μέγιστη αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U_{max}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που είναι αποθηκευμένη στο πηνίο είναι \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Την \[t=0\] η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή είναι:

Αντιστάτης αντίστασης \[R=2\, Ω\] έχει στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση με εξίσωση \[v=4\, ημ100πt\] (S.I.). Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν η ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο είναι της μορφής \[\mathcal{E}_{επ}=ΝωΒΑ ημωt\], τότε η τάση στα άκρα του είναι \[v=NωΒΑ ημωt\]:

Στο παρακάτω κύκλωμα οι δύο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις \[R_1=6R\] και \[R_2=2R\] αντίστοιχα ενώ το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=R\]. Η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R_π\]. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι κλάδοι του κυκλώματος διαρρέονται από ρεύματα σταθερής έντασης. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] ανοίγω το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο πηνίο είναι \[\left| \frac{di }{ dt} \right|= \frac{E }{2L} \]. Από τη χρονική στιγμή \[t=0\] ως τη στιγμή \[t_1\], η θερμότητα που έχει εκλυθεί από όλους τους αντιστάτες του κυκλώματος είναι:

Στο παρακάτω σχήμα η αγώγιμη ράβδος ΟΓ έχει μήκος \[\ell \], αντίσταση \[R\] και στρέφεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] γύρω από άξονα κάθετο στο επίπεδο περιστροφής και παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Κατά την περιστροφή της ράβδου η γωνιακή ταχύτητά της είναι σταθερή και έχει μέτρο \[ω\] ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[R_1=R\] . Το άκρο Γ της ράβδου έχει γραμμική ταχύτητα μέτρου \[υ\], είναι συνεχώς σε επαφή με κυκλικό αγωγό αμελητέας αντίστασης που έχει κέντρο το Ο και ακτίνα \[\ell\]. Στη διάρκεια της περιστροφής της ράβδου παρατηρείται στο άκρο της Ο αρνητικός πόλος. Ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στη ράβδο είναι:

Η ράβδος ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[ \ell \] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] που είναι κάθετη στη διεύθυνση της ράβδου και στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[Β\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στα άκρα ΚΛ δημιουργείται επαγωγική τάση:

Το ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Την \[t=0\] το πλαίσιο βρίσκεται στο όριο ΑΓ κατακόρυφου ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[B\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1\] που έχει κατεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και κάθετη στο όριο ΑΓ του πεδίου. Σε χρονική στιγμή \[Δt_1\], το πλαίσιο μπαίνει εξ’ ολοκλήρου στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα αλλά με σταθερή ταχύτητα με μέτρο \[υ_2 < υ_1\] ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν της \[ \vec{υ}_1 \] και σε χρονικό διάστημα \[Δt_2\] το πλαίσιο μπαίνει ακριβώς το μισό πλαίσιο μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Στα χρονικά διαστήματα \[Δt_1,\, Δt_2\] το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα για τα οποία ισχύει:

Λαμπτήρας συνδέεται στην περίπτωση Ι με πηγή εναλλασσόμενης τάσης της μορφής \[v=V\, ημ100πt\] (S.I.) και στην περίπτωση ΙΙ με συνεχή τάση σταθερής τιμής \[V\]. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Ο λαμπτήρας:

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

Αντιστάτης \[R\] τροφοδοτείται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Λεπτή αγώγιμη ράβδος ΟΑ στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από σταθερό άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στα άκρα της ράβδου αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή αν οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι:

Δύο αγώγιμα πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίσα εμβαδά, βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και αποτελούνται από \[Ν_1,\, Ν_2\] σπείρες αντίστοιχα με \[Ν_1=4Ν_2\]. Στα άκρα του πλαισίου \[(1)\] έχουμε συνδέσει αντίσταση \[R_1\] ενώ στα άκρα του πλαισίου \[(2)\] αντιστάτη \[R_2=2R_1\]. Την \[t=0\] τα δύο πλαίσια είναι κάθετα στις δυναμικές γραμμές του Ο.Μ.Π. και αρχίζουν να στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] ως προς άξονες που είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών τους. Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης \[R_1\] είναι οκταπλάσια αυτής του \[R_2\]. Αν \[t_1,\, t_2\] είναι οι χρονικές στιγμές που μεγιστοποιούνται για πρώτη φορά οι εντάσεις που διαρρέουν τα δύο πλαίσια, τότε για τις σχέσεις των \[t_1,\, t_2\] ισχύει:

Στο παρακάτω σχήμα ο μαγνήτης την \[t=0\] αρχίζει να κινείται στη διεύθυνση κοινού άξονα σωληνοειδούς μαγνήτη πλησιάζοντας το σωληνοειδές και ακινητοποιείται τη στιγμή \[t_1\] που δεν έχει έρθει ακόμα σε επαφή με το άκρο Κ του σωληνοειδούς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο αγώγιμα ορθογώνια πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν συνδεμένα στα άκρα τους από έναν αντιστάτη αντίστασης \[R_1,\, R_2\] αντίστοιχα με \[R_2=2R_1\]. Τα πλαίσια έχουν εμβαδά \[Α_1,\, Α_2\] με \[A_1=2A_2\] και \[N_1,\, N_2\] σπείρες αντίστοιχα. Τα πλαίσια βρίσκονται στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφονται ως προς άξονες που είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και διέρχονται απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών τους με σταθερές περιόδους \[Τ_1,\, Τ_2\] αντίστοιχα με \[Τ_2=2Τ_1\]. Αν η ενεργός ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη στο πλαίσιο \[(1)\] είναι διπλάσια απ’ αυτή που διαρρέει τον αντιστάτη στο πλαίσιο \[(2)\], τότε ο λόγος του αριθμού των σπειρών τους \[\frac{Ν_1}{Ν_2}\] είναι:

Αν διπλασιαστεί το ρεύμα που διαρρέει ένα πηνίο, η αποθηκευμένη στο πηνίο ενέργεια :

Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ μήκους \[\ell\] μπορεί να κινείται χωρίς τριβές με τα άκρα του Κ, Λ να βρίσκονται πάντα σε επαφή με τους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι συνεχώς κάθετες στον αγωγό. Αρχικά ο αγωγός ΚΛ είναι ακίνητος και την \[t=0\] ασκώ στο μέσο του οριζόντια σταθερή δύναμη κάθετη στη διεύθυνσή του και αυτός αρχίζει να κινείται παράλληλα στους οριζόντιους αγωγούς μέχρι που αποκτά σταθερή οριακή ταχύτητα \[υ_{ορ}\] τη χρονική στιγμή \[t_1\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο αυξάνεται με σταθερό ρυθμό. Κάποια στιγμή που η ένταση του ρεύματος που το διαρρέει είναι \[i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι \[λ_1\]. Την στιγμή που η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο γίνεται \[2i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας μαγνητικού πεδίου στο πηνίο είναι:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με τους λείους κατακόρυφους αγωγούς \[Αy_1\] και \[Γy_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργεί ο αγωγός. Αφήνουμε τον αγωγό ΚΛ ελεύθερο να κινηθεί απ’ την ηρεμία. Αυτός αρχίζει να κατέρχεται χωρίς τα άκρα του να χάνουν την επαφή τους με τους αγωγούς \[Αy_1,\, Γy_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο αντιστάτες \[(1),\, (2)\] είναι συνδεδεμένοι παράλληλα και έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2=2R_1\] αντίστοιχα. Στα κοινά άκρα τους εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Αν \[\bar{P}_1, \bar{ P}_2\] είναι η μέση ισχύς που καταναλώνει ο κάθε αντιστάτης αντίστοιχα, τότε ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

Το τετράγωνο πλαίσιο πλευράς \[α\] του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\], έχει πλευρά \[α\] και την \[t=0\] αρχίζει να εξέρχεται απ’ το πεδίο με σταθερή ταχύτητα \[υ\] που είναι κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Στη διάρκεια της εξόδου το επίπεδο του πλαισίου παραμένει κάθετο στις δυναμικές γραμμές. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου μέχρι αυτό να εξέλθει ολόκληρο από το πεδίο αν το πλαίσιο έχει \[Ν\] σπείρες και αντίσταση \[R\] είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I\, ημωt\] που αρχίζει να τον διαρρέει την \[t=0\]. Τη στιγμή \[t_1\] η ένταση γίνεται \[\frac{Ι}{2}\] για πρώτη φορά μετά την \[t=0\] και την \[t_2\] γίνεται \[–\frac{Ι}{2}\] για πρώτη φορά μετά την \[t=0\]. Αν ισχύει \[t_2-t_1=10\, ms\], τότε ο χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών μηδενισμών της έντασης του ρεύματος είναι:

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά, στη διάρκεια της απομάκρυνσης του μαγνήτη μέχρι αυτός να φτάσει πολύ μακριά απ’ τον κυκλικό αγωγό:

Ραβδόμορφος κατακόρυφος μαγνήτης Μ μάζας \[m\] βρίσκεται πάνω από οριζόντιο μεταλλικό δακτύλιο και ο άξονάς του είναι κατακόρυφος και περνά απ’ το κέντρο του δακτυλίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες και το μέτρο της επιτάχυσνης της βαρύτητας είναι \[g\]. Αφήνουμε το μαγνήτη από ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος. Ο μαγνήτης φτάνει στον ακλόνητο δακτύλιο, τον ξεπερνά και συνεχίζοντας να πέφτει, φτάνει στο έδαφος.

Στα παρακάτω διαγράμματα φαίνονται οι συναρτήσεις με τον χρόνο των εντάσεων του ρεύματος που διαρρέουν την αντίσταση.

Ο ευθύγραμμος αγωγός του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell \] και αντίσταση \[R\] και μπορεί να κινείται χωρίς τριβές έχοντας στα άκρα του συνεχώς σε επαφή με τους λείους ευθύγραμμους παράλληλους λείους αγωγούς \[Αx\] και \[Γy\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το επίπεδο των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Αρχικά ο αγωγός είναι ακίνητος. Ασκούμε στο κέντρο του οριζόντια σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] κάθετη στη διεύθυνσή του και αυτός αρχίζει να κινείται παράλληλα στους αγωγούς \[Αx\] και \[Γy\] με τα άκρα του να μένουν πάντα σ’ επαφή με αυτόν. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; O αγωγός ΚΛ εκτελεί:

Το τετράγωνο πλαίσιο ΚΛΜΝ του παρακάτω σχήματος αποτελείται από μια σπείρα και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο είναι \[Φ\]. Αν στρέψω το πλαίσιο κατά \[180^0\] ως προς άξονα που περνά από μια πλευρά του και ταυτόχρονα αντιστρέψω τη φορά των δυναμικών γραμμών του μαγνητικού πεδίου, τότε απ’ το πλαίσιο διέρχεται μαγνητική ροή \[Φ'\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η τελική μαγνητική ροή \[Φ'\] είναι:

Ο κατακόρυφος ραβδόμορφος μαγνήτης Μ του παρακάτω σχήματος έχει άξονα που περνά απ’ το κέντρο του οριζόντιου μεταλλικού ακλόνητου δακτυλίου Δ. Απ’ τη θέση (Ι) ο μαγνήτης αφήνεται να πέσει κατακόρυφα. Απ’ τη θέση (Ι) μέχρι τη θέση (ΙΙ) περνούν δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου του Μ απ’ το επίπεδο του δακτυλίου ενώ απ’ τη (ΙΙ) μέχρι τη θέση (ΙΙΙ) που ο Μ φτάνει στο έδαφος δεν περνούν πια δυναμικές γραμμές του Μ.Π. του μαγνήτη απ’ το επίπεδο του δακτυλίου Δ. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες.