Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Εύκολο)

Μια συνεχής σταθερή τάση \[V_Σ\] δημιουργεί στον αντιστάτη \[R\] ίδια θερμικά αποτελέσματα με αυτά που δημιουργεί μια ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση ενεργού τιμής \[V_{εν}\] σε μια αντίσταση \[4R\] στο ίδιο χρονικό διάστημα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο λόγος \[ \frac{ V_{εν} }{ V_{Σ} }\] είναι:

Αντιστάτης συνδέεται με ημιτονοειδή πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του αντιστάτη τότε η μέση ηλεκτρική ισχύς που αυτός καταναλώνει:

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:

Η ένταση του ρεύματος στο παρακάτω κύκλωμα μεταβάλλεται με τη βοήθεια του μεταβλητού αντιστάτη \[R\]. Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; Η ΗΕΔ λόγω αυτεπαγωγής που δημιουργείται στο πηνίο έχει πολικότητα

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:

Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο μεταβάλλεται:

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά:

Κλειστό συρμάτινο πλαίσιο αντίστασης \[R\] βρίσκεται εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[B\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Το πλαίσιο έχει σχήμα τετραγώνου πλευράς \[α\] και αποτελείται από \[N\] όμοιες σπείρες. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Σε μια εναλλασσόμενη τάση, η στιγμιαία τιμή της μηδενίζεται κάθε \[0,005\, s\]. Η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύεται στο περιβάλλον θερμότητα \[Q_1\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσω το πλάτος της έντασης του ρεύματος, τότε στον ίδιο χρόνο \[Δt\] ο αντιστάτης θα εκλύει θερμότητα \[Q_2\] για την οποία ισχύει:

Το τετραγωνικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος αποτελείται από \[Ν\] όμοιες σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[S\]. Το πλαίσιο έχει συνολική αντίσταση \[R\], βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Στρέφω αρχικά το πλαίσιο κατά \[60^0\] κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού ως προς άξονα που περνά απ’ το Κ της μιας πλευράς του, είναι κάθετος σ’ αυτή και κάθετος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η στροφή αυτή διαρκεί χρόνο \[Δt_1\]. Απ’ τη νέα θέση του πλαισίου στρέφω ως προς τον ίδιο άξονα το πλαίσιο κατά επιπλέον \[30^0\] κατά την ίδια φορά. Η δεύτερη περιστροφή διαρκεί χρόνο \[Δt_2\]. Αν \[q_1\] και \[q_2\] είναι οι απόλυτες τιμές των επαγωγικών φορτίων που μετατοπίζονται απ’ τη διατομή του σύρματος του πλαισίου, τότε:

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

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\], ο αντιστάτης αντίσταση \[R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r\]. Ισχύει ότι \[r=R_π=R\]. Την \[t_0=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\] και η ένταση του ρεύματος αρχίζει να αυξάνεται μέχρι να πάρει τη σταθερή τιμή \[I\]. Τη στιγμή που το ρεύμα έχει ένταση \[\frac{I}{2}\], τότε η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στο πηνίο:

Ανοικτό συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου που περνά απ’ τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσουμε το μέτρο της έντασης του πεδίου, το πλάτος της τάσης του:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Όταν μια μεταλλική αγώγιμη ράβδος στρέφεται ως προς άξονα που περνά απ’ το άκρο της και είναι κάθετος σ’ αυτή και βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στο επίπεδο περιστροφής της δεν αποκτά ΗΕΔ από επαγωγή γιατί:

Το κυκλικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο και ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] μειώνουμε το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου απ’ την τιμή \[B_0\] στην τιμή \[Β_1\] χωρίς ν’ αλλάξουμε την κατεύθυνση της \[\vec{B}\]. Αμέσως μετά, το διάνυσμα της \[\vec{B}\] σταθεροποιείται ξανά. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο έχει συνολική αντίσταση \[R\], αποτελείται από \[Ν\] όμοιες ορθογώνιες σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και τα άκρα του έχουν συνδεθεί με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η ενεργός τάση στα άκρα του πλαισίου είναι:

Τα δύο πλαίσια \[(1),\, (2)\] του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S_1,\, S_2\] με \[S_2=2S_1\], ίδιο αριθμό σπειρών και ίδια αντίσταση \[R\]. Τα πλαίσια εισέρχονται στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\]. Το πλαίσιο \[(1)\] εισέρχεται στο πεδίο σε χρόνο \[Δt_1\] και το πλαίσιο \[(2)\] σε χρόνο \[Δt_2\] και ισχύει \[Δt_2=2Δt_1\]. Αν \[q_1,\, q_2\] τα επαγωγικά φορτία που περνούν απ’ τις διατομές των δύο πλαισίων αντίστοιχα και \[\bar{\mathcal{E}}_{επ_1 },\,\bar{\mathcal{ E }}_{επ_2 }\] οι μέσες ΗΕΔ που δημιουργούνται σ’ αυτά αντίστοιχα στη διάρκεια της εισαγωγής τους στο πεδίο, ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο πανομοιότυποι κατακόρυφοι κυκλικοί αγωγοί \[(1),\, (2)\] έχουν τα κέντρα τους στην οριζόντια ευθεία που ταυτίζεται με τον άξονα του μαγνήτη. Ο αγωγός \[(1)\] είναι κλειστός και ο αγωγός \[(2)\] έχει μια εγκοπή μεταξύ των σημείων του Κ, Λ. Ο μαγνήτης αρχίζει να πλησιάζει τους αγωγούς με ταχύτητα που η διεύθυνσή της ταυτίζεται με τον άξονά του. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη διάρκεια του πλησιάσματος:

Διαθέτουμε σύρμα μήκους \[d\] με το οποίο θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα πηνίο μήκους \[\ell\] με όσο το δυνατόν μεγαλύτερο συντελεστή αυτεπαγωγής. Είναι προτιμότερο:

Πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει αμελητέα αντίσταση, αποτελείται από \[Ν\] σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[Α\]. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και την \[t=0\] είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η περίοδος περιστροφής του πλαισίου είναι \[T\].

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η αρμονικά εναλλασσόμενη τάση \[v\] που εφαρμόζεται στα άκρα ενός αντιστάτη και το αρμονικά εναλλασσόμενο ρεύμα που τον διαρρέει είναι μεγέθη συμφασικά ή αλλιώς λέμε ότι βρίσκονται σε φάση. Αυτό σημαίνει ότι:

Αν διπλασιάσουμε τον αριθμό των σπειρών ενός πηνίου χωρίς να μεταβάλλουμε το μήκος του τότε ο συντελεστής αυτεπαγωγής του πηνίου :

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;

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:

Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει συνολική αντίσταση \[R\] και στα άκρα του συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R_1\] ώστε το κύκλωμα που δημιουργείται να διαρρέεται από ρεύμα. Το πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω απ’ τον άξονα \[x' x\]. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή; Το πλάτος \[V\] της τάσης στα άκρα του πλαισίου είναι:

Ακλόνητος ευθύγραμμος αγωγός (1) μεγάλου μήκους διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης \[Ι_1\]. Αγωγός ΚΛ έχει μήκος \[\ell\], είναι παράλληλος με τον αγωγό (1) και αρχικά ηρεμεί σε απόσταση \[r_0\] απ’ τον αγωγό αυτό. Την \[t=0\] ο αγωγός ΚΛ αρχίζει να απομακρύνεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς παράλληλος με τον αγωγό (1) όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Κατά την κίνηση του αγωγού ΚΛ δημιουργείται σ’ αυτόν ΗΕΔ λόγω επαγωγής που έχει τιμή \[ \mathcal{ E }_{επ}\] ίση με:

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:

Ομογενές και ισοπαχές σύρμα διαρρέεται από συνεχές ρεύμα \[Ι_Σ\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύει θερμότητα \[Q_1\]. Δεύτερο ομογενές και ισοπαχές σύρμα είναι φτιαγμένο απ’ το ίδιο υλικό με το πρώτο αλλά έχει διπλάσιο μήκος και υποδιπλάσιο εμβαδόν διατομής απ’ αυτό. Το δεύτερο σύρμα διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και στον ίδιο χρόνο εκλύει θερμότητα \[Q_2=2Q_1\]. Για την ενεργό τιμή \[Ι_{εν}\] του εναλλασσόμενου ρεύματος ισχύει

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: