Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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:

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

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και είναι φτιαγμένος από ομογενές και ισοπαχές σύρμα. Ο αγωγός κινείται με σταθερή ταχύτητα πάνω στους λείους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης που τα άκρα τους Α, Γ είναι συνδεμένα με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Ο αγωγός ΚΛ ακουμπά στους αγωγούς μεγάλου μήκους στα σημεία Ν, Ζ που έχουν απόσταση \[ΝΖ=\frac{ \ell } { 2 }\] ενώ τα τμήματα του αγωγού που προεξέχουν απ’ τους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν ίδιο μήκος. Το σύστημα όλων των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[\vec{B}\] που περιορίζεται στο χώρο μεταξύ των αγωγών \[Ax_1\] και \[Γx_2\] και οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Το μέτρο της οριζόντιας εξωτερικής δύναμης \[F\] που πρέπει να ασκούμε στο μέσο Μ του αγωγού ΚΛ και κάθετα στη διεύθυνσή του ώστε αυτός να διατηρεί σταθερή την ταχύτητά του είναι:

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:

Ένα σωληνοειδές πηνίο όταν διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥT_1}\]. Όταν το ίδιο πηνίο διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_2=4λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής που εμφανίζεται είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ _2}\]. Το πηλίκο \[\frac{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1} }{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2} }\] είναι ίσο με:

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;

Δύο πλαίσια \[(1),\, (2)\] ίδιων εμβαδών και αντιστάσεων βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο κάθετα στις δυναμικές γραμμές του. Εξάγουμε τα πλαίσια απ’ το μαγνητικό πεδίο σε χρόνο \[Δt_1\] και \[Δt_2=2Δt_1\] αντίστοιχα. Τα φορτία που μετατοπίστηκαν από τη διατομή του κάθε πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή;

Αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα που βρίσκεται στο επίπεδο του πλαισίου και είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο:

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;

Αν διπλασιάσουμε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο τότε η ενέργεια του μαγνητικού του πεδίου

Διαθέτουμε δύο συρμάτινα πλαίσια \[(1),\, (2)\] που έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2\] με \[R_1=R_2\] και αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] με \[Ν_1=Ν_2\] αντίστοιχα. Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται οι μεταβολές των μαγνητικών ροών μιας σπείρας απ’ το κάθε πλαίσιο σε συνάρτηση με το χρόνο σε κοινό σύστημα αξόνων. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Απ’ τη χρονική στιγμή \[t=0\] ως τη στιγμή \[t_1\]:

Σε ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης, δημιουργείται στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=10\sqrt{2}\, ημ50πt \] (S.I.). Ο αριθμός πλήρων περιστροφών του πλαισίου σε χρόνο \[Δt=3\, sec\] είναι:

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:

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;

Δύο αντιστάτες \[(1),\, (2)\] είναι συνδεδεμένοι σε σειρά και έχουν αντιστάσεις \[R_1\] και \[R_2=4R_1\] αντίστοιχα. Στο σύστημα των δύο αντιστατών έχουμε εφαρμόσει εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Οι μέγιστες τιμές των ισχύων που καταναλώνουν οι δύο αντιστάτες είναι \[P_{1_{max} },\, P_{2_{max} } \] αντίστοιχα. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι η σωστή;

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

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:

Ο δίσκος του Faraday ακτίνας \[r\] στο παρακάτω σχήμα στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα \[xx'\] που περνά απ’ το κέντρο του και είναι κάθετο στο επίπεδό του. Δύο ολισθαίνουσες επαφές (ψήκτρες) έχουν τοποθετηθεί όπως φαίνεται στο σχήμα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΟΓ του παρακάτω σχήματος είναι κατά το ήμισυ φτιαγμένος από μονωτικό υλικό (τμήμα ΟΜ) και ο άλλος μισός (τμήμα ΜΓ) από μέταλλο. Ο αγωγός μπορεί να στρέφεται γύρω από σταθερό άξονα κάθετο σ’ αυτόν και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με τις δυναμικές γραμμές του παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Όταν ο αγωγός στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Γ, η επαγωγική ΗΕΔ έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }\] ενώ αν στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο, έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_2 }\]. Ο λόγος \[\frac{\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }}{ \mathcal{E}_{ΕΠ_2 } }\] είναι ίσος με:

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:

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

Αντιστάτης διαρρέεται από ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν τριπλασιάσουμε το πλάτος της έντασης του εναλλασσόμενου ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη, τότε η μέση ηλεκτρική ισχύ που καταναλώνει:

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 \[t_1\]:

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 \[t_1\] η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου είναι \[U_1\]. Ο λόγος \[\frac{U}{U_1}\] είναι:

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;

Κλειστό μεταλλικό πλαίσιο έχει αντίσταση R και βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Η μεταβολή της μαγνητικής ροής του πλαισίου με το χρόνο φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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 \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Την \[t=0\] η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή είναι:

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:

Ο κυκλικός αγωγός του παρακάτω σχήματος είναι μονωμένος εξωτερικά, στηρίζεται πάνω σε ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό μεγάλου μήκους έτσι ώστε μια διάμετρός του να ταυτίζεται με τη διεύθυνση του ευθύγραμμου αγωγού. Ο ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] που η φορά του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν μεταβάλλεται η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον ευθύγραμμο αγωγό χωρίς ν’ αλλάξουμε τη φορά του, τότε στη διάρκεια αυτή ο κυκλικός αγωγός: