Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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. Ο λόγος των τάσεων \[\frac{V_{MΓ} }{V_{OM} }\] είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Η αλγεβρική τιμή της έντασης του ρεύματος γίνεται δύο φορές ίση με την ενεργό τιμή της χωρίς να αλλάξει πρόσημο στη χρονική διάρκεια που μεσολαβεί. Η χρονική διάρκεια μεταξύ των δύο αυτών φορών είναι \[Δt=2,5\, ms\]. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι:

Λεπτή μεταλλική ράβδος μήκους \[\ell\] και αντίστασης \[R\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετο σ’ αυτήν που διέρχεται απ’ το άκρο της ΟΑ. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές της είναι παράλληλες στο επίπεδο περιστροφής της. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν συνδέσω τα άκρα της ράβδου με αντιστάτη αντίστασης \[R\], τότε αυτός θα διαρρέεται από ρεύμα έντασης ίσης με:

Ένας κυκλικός αγωγός δένεται σε οροφή μέσω μονωτικού νήματος ώστε το επίπεδό του να διατηρείται κατακόρυφο. Ένας οριζόντιος ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα που διέρχεται απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού και είναι κάθετος στο επίπεδό του όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Πλησιάζουμε τον μαγνήτη προς τον αγωγό κατά τη διεύθυνση του άξονα του μαγνήτη. Ποιες απ’ τις επόμενες 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 \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

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;

Μια εναλλασσόμενη τάση έχει περίοδο \[Τ\]. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή; Η τάση αντιστρέφει την πολικότητά της κάθε Δt όπου:

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:

Πλαίσιο αμελητέας αντίστασης χρησιμοποιείται για την παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης και στα άκρα του συνδέουμε αντιστάτη \[R\]. Η ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης έχει χρονοεξίσωση \[P=V I ημ^2 ωt\]. Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου, η χρονοεξίσωση της ισχύος γίνεται:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η μέση ισχύς του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι:

Μεταλλικό ακίνητο τετράγωνο πλαίσιο βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που η αλγεβρική τιμή της μεταβάλλεται με το χρόνο σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα. Το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο αλλάζει φορά:

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 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. Αν διπλασιάσουμε την περίοδο περιστροφής της ράβδου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσουμε το μέτρο της έντασης \[\vec{B}\] του μαγνητικού πεδίου, τότε η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη \[R_1\]:

Δυο πηνία Α και Β έχουν το ίδιο εμβαδόν κάθε σπείρας , τον ίδιο αριθμό σπειρών και τον ίδιο πυρήνα αλλά το πηνίο Α έχει διπλάσιο μήκος από το Β. Ο συντελεστής αυτεπαγωγής του Α σε σχέση με εκείνο του Β είναι :

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:

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 ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο ΚΛΜΝ και ο ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους βρίσκονται πάνω στο ίδιο οριζόντιο λείο και μονωτικό δάπεδο. Ο ευθύγραμμος αγωγός είναι ακλόνητος και διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[Ι\] και φοράς όπως φαίνεται στο σχήμα. Το πλαίσιο αρχικά είναι ακίνητο. Αρχίζω να μετακινώ το πλαίσιο με οριζόντια ταχύτητα \[υ\] που είναι παράλληλη στην πλευρά του ΚΛ και έχει φορά προς τα δεξιά.

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 \[F_L\]. Αν η ράβδος δέχονταν τριβή απ’ τον κυκλικό αγωγό μέτρου \[Τ=F_L\], τότε ο λόγος \[\frac{F}{F_L}\] θα ήταν:

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:

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

Μια τετράγωνη μεταλλική σπείρα βρίσκεται ακλόνητη μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] με το επίπεδό της κάθετο στις δυναμικές γραμμές του που έχουν σταθερή φορά. Το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου μεταβάλλεται με ρυθμό \[\frac{ΔΒ}{Δt} < 0\] και τότε στα άκρα Κ, Λ της σπείρας δημιουργείται επαγωγική τάση με \[(+)\] στο Κ. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου \[\vec{B}\] έχει φορά:

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:

Ο ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους του παρακάτω σχήματος διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και βρίσκεται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο με το επίπεδο ενός κυκλικού αγωγού. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να διαρρέεται ο κυκλικός αγωγός από επαγωγικό ρεύμα πρέπει:

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:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με το νόμο της επαγωγής (Faraday), η ΗΕΔ από επαγωγή που δημιουργείται σ’ ένα πηνίο:

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:

Συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Το πλαίσιο έχει αντίσταση \[R\] και αποτελείται από \[N\] όμοιες σπείρες. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής μιας σπείρας του πλαισίου με το χρόνο. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

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 επίπεδο του αγωγού. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν αυξήσω το μέτρο της έντασης \[\vec{B}\] χωρίς ν’ αλλάξω τη φορά της, τότε στο πλαίσιο κατά τη διάρκεια της αύξησης αυτής: