Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Εύκολο)

Το συρμάτινο πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου του παρακάτω σχήματος αρχικά βρίσκεται έξω απ’ το ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] και αρχίζει να εισέρχεται σε αυτό με σταθερή ταχύτητα \[υ\] που έχει διεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και στην πλευρά ΛΜ όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη διάρκεια εισόδου του πλαισίου στο μαγνητικό πεδίο:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η μαγνητική ροή που διέρχεται από μια επίπεδη επιφάνεια που βρίσκεται μέσα σ’ ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο \[Β\]:

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.

Η μονάδα μέτρησης του συντελεστή αυτεπαγωγής στο σύστημα μονάδων S.I. είναι

Οι δύο μεταλλικές ράβδοι ΟΑ και ΟΓ έχουν ίδιο μήκος \[\ell\] και στρέφονται με ίδια κατά μέτρο σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] πάνω στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο τους Ο. Το σύστημα των δύο ράβδων βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να είναι η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μηδενική πρέπει:

Τα πανομοιότυπα τετραγωνικά πλαίσια (1), (2) του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S\] αποτελούνται από \[Ν\] σπείρες και βρίσκονται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\]. Το πλαίσιο (1) είναι αρχικά κάθετο στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενώ το πλαίσιο (2) είναι παράλληλο στις δυναμικές του γραμμές. Στρέφουμε τα πλαίσια κατά γωνία \[30^0\] κατά τη φορά που φαίνεται στο σχήμα. Αν \[ΔΦ_1\] και \[ΔΦ_2\] είναι οι μεταβολές των μαγνητικών ροών μιας σπείρας του πλαισίου (1) και του πλαισίου (2) αντίστοιχα, τότε ισχύει:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] διαρρέεται από ρεύμα μεταβλητής έντασης όπως απεικονίζεται στο σχήμα. Η απόλυτη τιμή της ΗΕΔ αυτεπαγωγής που επάγεται στο πηνίο είναι ίση με

Οι κυκλικοί οριζόντιοι ομοεπίπεδοι και ομόκεντροι αγωγοί του παρακάτω σχήματος έχουν κέντρο το Ο και ακτίνες \[\frac{\ell}{3}\], \[\ell\] αντίστοιχα και τα άκρα τους Κ, Λ γεφυρώνονται με αντιστάτη \[R_1\] αντίστασης \[R_1=\frac{R}{3}\]. Μεταλλική ράβδος ΟΓ μήκους \[\ell\] και αντίστασης \[R\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] πάνω στο επίπεδο των δύο αγωγών έχοντας το σημείο Δ και το άκρο της Γ συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Η ράβδος κατά την κίνησή της δεν δέχεται καμία τριβή. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου της ασκούμε στο άκρο της Γ οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Το μέτρο της δύναμης \[\vec{F}\] είναι:

Αντιστάτης με αντίσταση \[R\] έχει στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=I\, ημωt\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η θερμότητα \[Q\] που εκλύεται απ’ τον αντιστάτη σε χρόνο \[Δt\] σύμφωνα με το νόμο του Joule δίνεται απ’ τη σχέση:

Η μεταλλική ράβδος ΟΑ του σχήματος έχει μήκος \[ \ell \] και στρέφεται γύρω από άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες σ’ αυτήν. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος οριζόντιος αγωγός ΑΓ έχει αμελητέο βάρος και είναι φτιαγμένος από ομογενές και ισοπαχές σύρμα ειδικής αντίστασης ρ, εμβαδό διατομής \[S\] και μήκος \[\ell\]. Ο αγωγός ΑΓ είναι σε επαφή με λείους κατακόρυφους αγωγούς \[yy'\] και \[y_1 y_1'\] αμελητέας αντίστασης που τα άκρα τους συνδέονται με πλαίσιο τετραγωνικού σχήματος πλευράς \[α\] και \[Ν\] σπειρών που η συνολική του αντίσταση είναι ίση με την αντίσταση του ευθύγραμμου αγωγού ΑΓ. Ο αγωγός ΑΓ βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης \[\vec{B}_2\] που η κατεύθυνσή του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ είναι προσδεμένος στο κέντρο από το άκρο κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς \[k\] που το άλλο άκρο του είναι στερεωμένο σε οροφή. Το πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε άλλο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}_1\] και διατηρείται ακλόνητος με το επίπεδό του κατακόρυφο. Αυξάνουμε με σταθερό ρυθμό \[ \frac{ΔΒ_1} {Δt} = λ\] το μέτρο της έντασης \[Β_1\] χωρίς να μεταβάλλουμε τη φορά της και παρατηρούμε ότι ο αγωγός ΑΓ ισορροπεί με το ελατήριο να είναι παραμορφωμένο κατά \[Δ\ell_1\].

Το τετράγωνο αγώγιμο πλαίσιο ΚΛΜΝ του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά μήκους \[α\] και βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Σε ποια απ’ τα παρακάτω πειράματα που θα πραγματοποιηθούν στο ίδιο χρονικό διάστημα \[Δt\] θα εμφανιστεί στο πλαίσιο μεγαλύτερη κατ’ απόλυτη τιμή μέση επαγωγική ΗΕΔ;

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;

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

Πηνίο που αποτελεί μέρος κλειστού κυκλώματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] με τις δυναμικές γραμμές του κάθετες στο επίπεδο των σπειρών του. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να διαρρέεται το πηνίο από επαγωγικό ρεύμα σταθερής έντασης πρέπει:

Αντιστάτης συνδέεται με πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=I\, ημωt\]. Αν \[P_{max}\] είναι η μέγιστη στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης και \[\bar{P}\] η μέση ισχύς του, τότε ισχύει:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης οφείλεται στο φαινόμενο:

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. Αν ο μαγνήτης \[(1)\] φτάνει σε χρονικό διάστημα \[Δt_1\] στο έδαφος απ’ τη στιγμή που τον αφήσαμε και ο μαγνήτης \[(2)\] σε \[Δt_2\] αντίστοιχα, τότε ισχύει:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[\vec{ω}\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το σημείο Γ της ράβδου που απέχει απ’ το Ο απόσταση \[ΟΓ=\frac{\ell}{4}\] βρίσκεται συνεχώς σε επαφή με την περιφέρεια κυκλικού οριζόντιου αγωγού κέντρου Ο ακτίνας \[\frac{\ell}{4}\] και αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Η ράβδος δεν δέχεται καμία τριβή κατά την κίνησή της. Το άκρο Ο γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειας του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου ασκούμε στο άκρο Α της ράβδου οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Η ράβδος κατά την κίνησή της δέχεται δύναμη Laplace απ’ το μαγνητικό πεδίο μέτρου \[F_L\]. Ο λόγος των μέτρων \[\frac{F}{F_L}\] είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις. Στο πηνίο του σχήματος αναπτύσσεται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή με το (+) στο Α και το (-) στο Γ. Το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο έχει:

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου δεν εξαρτάται από:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή του ρεύματος που διαρρέει έναν αντιστάτη αντίστασης \[R=4\, Ω\] που έχουμε συνδέσει τα άκρα του με τα άκρα πλαισίου παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης. Το πλαίσιο έχει αμελητέα αντίσταση.

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με δύο παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Την \[t=0\] ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο άλλους αγωγούς. Τη στιγμή αυτή ασκώ στον αγωγό σταθερή δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητας. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Ποιες απ’ 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:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής ενός συρμάτινου πλαισίου σε συνάρτηση με το χρόνο. Το συρμάτινο πλαίσιο έχει αντίσταση \[R\]. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] με τα άκρα του συνεχώς να βρίσκονται σε επαφή με τους λείους οριζόντιους ευθύγραμμους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν. Ο αγωγός παραμένει συνεχώς κάθετος στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Τετράγωνο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αμελητέας αντίστασης στρέφεται μέσα σε Ο.Μ.Π. ως προς άξονα που διέρχεται από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του και είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Τα άκρα του πλαισίου συνδέονται με αντιστάτη \[R\]. Διπλασιάζω το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του πλαισίου. Τότε:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το φαινόμενο Joule, δηλαδή η θέρμανση ενός αγωγού όταν διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται:

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: