Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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;

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\], ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[4R\]. Ο μεταγωγός \[μ\] βρίσκεται στη θέση Α και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου στο πηνίο έχει σταθερή τιμή \[U\]. Την \[t=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό \[μ\] στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι \[\left| \frac{di}{dt}\right|= \frac{E }{ 10L}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] το ρεύμα στο κύκλωμα έχει ένταση ίση με:

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

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

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

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;

Η οριζόντια ράβδος ΟΓ έχει μήκος \[\ell\], αντίσταση \[2R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το μέσο Μ της ράβδου βρίσκεται σε επαφή με κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[\frac{\ell }{2 }\] που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Μεταξύ του σημείου Ο και του σημείου Κ του αγωγού συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Το μέτρο της δύναμης Laplace που δέχεται ο αγωγός ΟΓ απ’ το μαγνητικό πεδίο έχει μέτρο:

Στα άκρα ενός αντιστάτη αντίστασης \[R\] εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημ\frac{ 2π}{Τ} t\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι:

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 \[g\].

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:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν σ’ ένα κλειστό αγώγιμο πλαίσιο συνεχώς μεταβάλλεται η μαγνητική του ροή απ’ την \[t=0\] μέχρι τη χρονική στιγμή \[t_1\]:

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου εξαρτάται από:

Λεπτή μεταλλική ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και το ακίνητο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο ΚΛΜΝ βρίσκονται πάνω στο ίδιο λείο οριζόντιο μονωτικό έδαφος. Ο ευθύγραμμος αγωγός στερεώνεται ακλόνητα ενώ το πλαίσιο μπορεί να κινείται ελεύθερα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν η ένταση του ρεύματος του ευθύγραμμου αγωγού αρχίζει να μειώνεται:

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:

Σε ένα πηνίο δημιουργείται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή :

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 ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Την \[t=0\] το πλαίσιο βρίσκεται στο όριο ΑΓ κατακόρυφου ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[B\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1\] που έχει κατεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και κάθετη στο όριο ΑΓ του πεδίου. Σε χρονική στιγμή \[Δt_1\], το πλαίσιο μπαίνει εξ’ ολοκλήρου στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα αλλά με σταθερή ταχύτητα με μέτρο \[υ_2 < υ_1\] ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν της \[ \vec{υ}_1 \] και σε χρονικό διάστημα \[Δt_2\] το πλαίσιο μπαίνει ακριβώς το μισό πλαίσιο μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Στα χρονικά διαστήματα \[Δt_1,\, Δt_2\] το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα για τα οποία ισχύει:

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:

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

Ο αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\], κινείται με ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] διατηρώντας συνεχώς τα άκρα του σε επαφή με τους δύο παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Την \[t=0\] ασκώ στον αγωγό ΚΛ σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] ομόρροπη της \[υ_0\] και σε λίγο αυτός αποκτά οριακή ταχύτητα μέτρου \[υ_{ορ}\]. Αν για τα μέτρα των ταχυτήτων ισχύει \[υ_{ορ}<υ_0\], ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή;

Στα άκρα αντιστάτη αντίστασης \[R=10 \,Ω\], εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση που η μεταβολή της με το χρόνο φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Η τάση αυτή παράγεται από περιστρεφόμενο πλαίσιο μηδενικής αντίστασης.

Μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν=3\] σπείρες εμβαδού \[Α\] και αντίστασης \[R_σ\] η καθεμία. Στα άκρα του πλαισίου συνδέουμε μεταβλητό αντιστάτη που η αρχική τιμή της αντίστασής του είναι \[R_σ\]. Το πλαίσιο στρέφεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται στην μεταβλητή αντίσταση είναι \[P_1\]. Αν διπλασιάσουμε την γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου και την τιμή της μεταβλητής αντίστασης, τότε η μέγιστη ισχύς που αυτή καταναλώνει είναι \[P_2\]. Ο λόγος \[\frac{P_1}{P_2}\] 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:

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

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, ,\, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο ιδανικό. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο ευθύγραμμοι λεπτοί μεταλλικοί αγωγοί ΟΑ και ΟΓ στρέφονται στο ίδιο επίπεδο γύρω από άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό άκρο Ο και είναι κάθετος σ’ αυτούς με την ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα κατά μέτρο και φορά. Οι αγωγοί έχουν μήκη \[\ell_{OA}\, , \, \ell_{ΟΓ} \] αντίστοιχα με \[\ell_{OA}=\frac{\ell_{ΟΓ} }{ 2 }\] και βρίσκονται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής τους. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Για τις επαγωγικές ΗΕΔ που δημιουργούνται στους αγωγούς ισχύει:

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:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ένας αντιστάτης \[R\] όταν στα άκρα του εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=120\sqrt{2} ημωt\] (S.I.)

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;