Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Οι οριζόντιοι παράλληλοι αγωγοί μεγάλου μήκους \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν αμελητέα αντίσταση . Ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R\], βρίσκεται πάνω στους παράλληλους αγωγούς και είναι κάθετος σ’ αυτούς και τα άκρα του Κ, Λ ακουμπούν σ’ αυτούς. Η διάταξη των τριών αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Μεταξύ των άκρων Α, Γ έχουμε συνδέσει σε σειρά συσκευή Σ με χαρακτηριστικά κανονικής λειτουργίας \[P_κ,\, V_κ\] και αντιστάτη \[R_1\] με αντίσταση \[R_1=5R\]. Ο αγωγός ΚΛ κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] ώστε να είναι συνεχώς κάθετος σ’ αυτούς και τα άκρα του να είναι συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Η συσκευή Σ λειτουργεί κανονικά. Το μέτρο της ταχύτητας \[υ\] είναι:

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:

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 \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

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:

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:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Σε μια περίοδο του εναλλασσόμενου ρεύματος η στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι ίση με τη μέση ισχύ:

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.

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:

Σε έναν αντιστάτη εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Το πλάτος του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη:

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:

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:

Ποιες από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η συχνότητα μιας εναλλασσόμενης τάσης είναι \[f=50\, Hz\]. Τότε:

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:

Στα άκρα αντιστάτη εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημ \frac{2π}{Τ} t\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η ενεργός τιμή της εναλλασσόμενης τάσης είναι:

Στη διάταξη του παρακάτω σχήματος οι οριζόντιοι λείοι αγωγοί \[Αx\] και \[Γy\] είναι παράλληλοι, έχουν αμελητέα αντίσταση και τα άκρα τους Α, Γ συνδέονται με αντιστάτη \[R_1=2R\]. Ο οριζόντιος αγωγός ΚΛ είναι κάθετος στους δύο αγωγούς, έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και τα άκρα του βρίσκονται σε επαφή με αυτούς. Αρχικά ο αγωγός ΚΛ είναι ακίνητος. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Την \[t=0\] δίνουμε στον αγωγό ΚΛ οριζόντια αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο αγωγούς ενώ ταυτόχρονα ασκούμε στο μέσο σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] και κατεύθυνσης ομόρροπης της \[υ_0\].

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της επαγωγικής ΗΕΔ που δημιουργείται σε συρμάτινο πλαίσιο που βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το εμβαδόν του τραπεζίου που δημιουργεί η γραφική παράσταση με τον άξονα των χρόνων είναι αριθμητικά ίσο με:

Επιλέξτε τη σωστή απάντηση. Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Αρχίζω να στρέφω το πλαίσιο ως προς άξονα που ταυτίζεται με την πλευρά του πλαισίου ΜΝ. Η μεγαλύτερη μέση ΗΕΔ κατ’ απόλυτη τιμή θα δημιουργηθεί στο πλαίσιο αν στον ίδιο χρόνο το στρέψω κατά:

Συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[\vec{B}\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο:

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

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του είναι της μορφής \[i=I\, ημ \frac {2π}{Τ} t\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στον αντιστάτη:

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:

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:

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:

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:

Τετράγωνο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία και συνολική αντίσταση \[R_π\]. Tο πλαίσιο συνδέεται στα άκρα του με αντιστάτη αντίστασης \[3R_π\]. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] και το επίπεδό του είναι κάθετο στις δυναμικές του γραμμές. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή περίοδο περιστροφής \[T\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου. Η εξίσωση της στιγμιαίας ισχύος στην αντίσταση του πλαισίου είναι:

Ένα σωληνοειδές Σ έχει \[n\] αριθμό σπειρών ανά μονάδα μήκους και κάθε σπείρα έχει ακτίνα \[α_1\]. Κυκλικό πλαίσιο Π αποτελείται από \[Ν\] σπείρες ακτίνας \[α_2\] που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\] και περιβάλλει το σωληνοειδές ακριβώς στο κέντρο του με τις σπείρες του να έχουν κοινό κέντρο Κ και κοινό κατακόρυφο επίπεδο με την κεντρική σπείρα του σωληνοειδούς. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Μεταβάλλοντας κατάλληλα την αντίσταση \[R_1\] του κυκλώματος του σωληνοειδούς Σ, η ένταση που το διαρρέει μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[ \frac{ΔΙ}{Δt} = λ > 0\]. Το ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο Π έχει:

Επίπεδη επιφάνεια βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ την επιφάνεια αυτή εξαρτάται:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Εναλλασσόμενη τάση είναι η τάση που:

Ανοικτό περιστρεφόμενο πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει στα άκρα του τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποια από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου:

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. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα \[(Ι)\] που μόλις αναφέραμε με ακριβώς τον ίδιο τρόπο, όμως τώρα (πείραμα \[ΙΙ\]) έχουμε αντιστρέψει τη φορά των δυναμικών γραμμών του ομογενούς μαγνητικού πεδίου.Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν στα προαναφερθέντα πειράματα \[Ι,\, ΙΙ\], διπλασιάζαμε το μέτρο της σταθερής ταχύτητας εισαγωγής του πλαισίου του φορτίου, τότε: