Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Εύκολο)

Οι οριζόντιοι ευθύγραμμοι αγωγοί ΟΓ και ΟΑ έχουν μήκη \[\ell\] και \[\frac{\ell }{ 2 }\] αντίστοιχα και στρέφονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό τους άκρο Ο. Το σύστημα των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Αν ο αγωγός ΟΓ στρέφονταν κατά την ωρολογιακή φορά ενώ ο αγωγός ΟΑ αντιωρολογιακά με ίσες κατά μέτρο γωνιακές ταχύτητες \[ω\], τότε η διαφορά δυναμικού \[V_{ΑΓ}\] γίνεται:

Οι οριζόντιοι παράλληλοι λείοι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης . Το αμπερόμετρο έχει εσωτερική αντίσταση \[R\]. Η οριζόντια αγώγιμη ράβδος ΚΛ έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Την \[t=0\] δίνω στη ράβδο ΚΛ αρχική ταχύτητα \[\vec{υ}_0\] παράλληλα στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] και ταυτόχρονα ασκώ στο μέσο της σταθερή οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] ομόρροπη της \[υ_0\]. Το μέτρο της αρχικής ταχύτητας είναι \[υ_0=\frac{F 2R}{B^2 \ell^2 }\]. Η ράβδος ΚΛ κινείται με τα άκρα της Κ, Λ να είναι συνεχώς σε επαφή με τους παράλληλους αγωγούς. Στη διάρκεια της κίνησης της ράβδου η ένδειξη του αμπερομέτρου:

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 \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της αποθηκευμένης ενέργειας στο πηνίο είναι:

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 μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] ως προς άξονα που είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές και περνά από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; H ΗΕΔ από επαγωγή που δημιουργείται στο πλαίσιο είναι:

Εάν είναι γνωστό ότι ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου (μετρημένος σε \[H\]) είναι αριθμητικά διπλάσιος από την ΗΕΔ αυτεπαγωγής (κατά απόλυτη τιμή και μετρημένης σε \[V\]) που εμφανίζεται στο πηνίο τότε το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο μεταβάλλεται με ρυθμό ίσο με:

Δύο ανοικτά τετράγωνα συρμάτινα πλαίσια \[1,\, 2\] έχουν πλευρές \[α_1,\, α_2\] αντίστοιχα με \[α_1=2 α_2\] και \[N_1,\, N_2\] σπείρες με \[Ν_2=2Ν_1\]. Τα πλαίσια βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] με \[ω_2=2ω_1\]. Οι άξονες περιστροφής τους είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών του κάθε πλαισίου. Για τον λόγο των πλατών \[ \frac{ V_1 } { V_2 } \] των τάσεων στα άκρα των δύο πλαισίων ισχύει:

Ποιο από τα επόμενα τέσσερα διαγράμματα δείχνει πως μεταβάλλεται με τον χρόνο η ένταση του ρεύματος του παρακάτω κυκλώματος μετά την ακαριαία μεταφορά του μ από το Α στο Β.

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

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

Τα βολτόμετρα και τα αμπερόμετρα για τη μέτρηση εναλλασσόμενων τάσεων και ρευμάτων μετρούν:

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;

Στο παρακάτω σχήμα τα δύο πηνία \[Π_1,\, Π_2\] έχουν κοινό άξονα και βρίσκονται σε μικρή μεταξύ τους απόσταση. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στο πηνίο \[Π_1\] δημιουργείται επαγωγική ΗΕΔ:

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης πλησιάζει το μεταλλικό δακτύλιο με σταθερή ταχύτητα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το κυκλικό συρμάτινο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Επαγωγικό ρεύμα στο κύκλωμα δημιουργείται:

Συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο έχει συνολική αντίσταση \[R\] και στα άκρα του συνδέεται με αντιστάτη \[3R\]. Το πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[Α\]. Το πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Όταν το πλαίσιο έχει διαγράψει γωνία ίση με \[60^0\], το επαγωγικό φορτίο που διέρχεται από μια διατομή του έχει απόλυτη τιμή:

Ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο μεταλλικού δακτυλίου ο οποίος κρατείται ακίνητος. Αφήνουμε το μαγνήτη να πέσει ελεύθερα όπως φαίνεται στο σχήμα. Αντιστάσεις του αέρα αμελούνται. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I ημ\frac{ 2π}{Τ} t\]. Σε ποιο απ’ τα παρακάτω σχήματα απεικονίζεται σωστά ο στιγμιαίος ρυθμός κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας απ’ τον αντιστάτη;

Ένα συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο αμελητέας αντίστασης στρέφεται με σταθερή συχνότητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές που διέρχεται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του. Στα άκρα του πλαισίου έχουμε συνδέσει αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Αν διπλασιάσω την περίοδο περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσω το μέτρο της έντασης του Ο.Μ.Π., τότε το ποσοστό μεταβολής της ενεργού έντασης του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη 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; Στη ράβδο:

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:

Ο ραβδόμορφος μαγνήτης Μ μάζας \[m\] του παρακάτω σχήματος αφήνεται να πέσει κατακόρυφα από ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος κατά τη διεύθυνση του άξονά του που περνά απ’ το κέντρο του ακλόνητου κυκλικού δακτυλίου Δ. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες και η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει μέτρο \[g\]. Όταν ο μαγνήτης φτάνει στο ύψος \[h'=\frac{h}{3}\] απ’ το έδαφος, η θερμότητα που έχει εκλυθεί απ’ τον αντιστάτη του Δ λόγω φαινομένου Joule είναι \[Q=\frac{mgh}{6}\]. Στο ύψος \[h'\] ο μαγνήτης έχει ταχύτητα:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell \] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται γύρω από άξονα κάθετο σ’ αυτήν που περνά απ’ το άκρο της Ο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Κατά την περιστροφή της ράβδου, το άκρο της Α ολισθαίνει χωρίς τριβές σε κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[R\] αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου όπως φαίνεται στο σχήμα. Το άκρο Ο συνδέεται με το σημείο Κ του αγωγού μέσω αντιστάτη \[R_1\] που έχει αντίσταση \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του συστήματος. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] συνδέεται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα στιγμιαίας έντασης \[i\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\]. Ο αγωγός βρίσκεται πάνω σε οριζόντιους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] μεγάλου μήκους και μηδενικής αντίστασης με διεύθυνση κάθετη σ’ αυτούς. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν οι αγωγοί. Οι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] συνδέονται με άλλους παράλληλους ρευματοφόρους αγωγούς αμελητέας αντίστασης που η μεταξύ τους απόσταση είναι \[ΝΖ=\frac{\ell}{3}\]. Ο αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R\] και αποτελείται από ομογενές και ισοπαχές σύρμα ενώ τα άκρα Α και Γ παράλληλων αγωγών συνδέονται με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Ο αγωγός κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς κάθετος σ’ όλους τους παράλληλους αγωγούς. Ο λόγος των επαγωγικών τάσεων \[V_{ΚΛ}\] στη θέση (1) (Θ1) και \[V_{NZ}\] στη θέση (2) (Θ2) είναι \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Ο οριζόντιος ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του συνεχώς σε επαφή με τους παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] μεγάλου μήκους που έχουν αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές πεδίο που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Ο αγωγός την \[t=0\] έχει ταχύτητα παράλληλη στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] και μέτρου \[υ_0\]. Τη στιγμή αυτή ασκώ στο κέντρο του αγωγού ΚΛ δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητάς του \[υ_0\] και σταθερής κατεύθυνσης τέτοια ώστε ο αγωγός να εκτελεί ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ανοικτό αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Την \[t=0\] το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του και το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται γύρω από άξονα κάθετο στις δυναμικές του γραμμές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του πλαισίου:

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.

Στα άκρα αντιστάτη αντίστασης \[R=10\, Ω\] εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση με εξίσωση \[v=20\sqrt{2}\, ημ100πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το τετράγωνο πλαίσιο πλευράς \[α\] του παρακάτω σχήματος, έχει \[Ν\] σπείρες, αντίσταση \[R\] και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β_1\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέτρο της έντασης \[Β_1\] μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό που έχει μέτρο \[ \left| \frac {ΔΒ_1} {Δt} \right| = λ \] ενώ η κατεύθυνσή της μένει σταθερή. Το πλαίσιο συγκρατείται ακλόνητο με το επίπεδό του κατακόρυφο. Τα άκρα Κ, Λ του πλαισίου συνδέονται μέσω αβαρών συρμάτων αμελητέας αντίστασης με ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό ΑΓ αντίστασης \[R\] ο οποίος αιωρείται ακίνητος πάνω απ’ το έδαφος χωρίς να του ασκούμε καμία δύναμη στήριξης. Ολόκληρος ο ευθύγραμμος αγωγός βρίσκεται μέσα σε οριζόντιο μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης μέτρου \[Β_2\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ έχει μάζα \[m_1\], μήκος \[\ell\] και το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας είναι \[g\].